1、 引 言

TD-SCDMA和WCDMA是目前3GPP內進行完善的主要標準。在3GPP的各版本中，R4協議已基本穩(wěn)定，目前相關設備提供商的產品主要都是基于R4版本開發(fā)的。安全模式控制過程（SMC）是從R4版本才開始應用的一種空中接口安全控制過程。他主要用來在移動通信網絡中保證數據的安全性和完整性，是用戶設備（UE）和無線接入網絡（UTRAN）間的接口（Uu接口）的一個協議處理過程。

核心網（CN）用這個過程通知無線網絡控制器（RNC）應該采用的加密模式和完整性保護模式。SMC過程主要包括兩種，一種是信令的完整性保護，另外一種是用戶數據的加密。下面著重介紹信令的完整性保護過程。

2 、安全模式控制過程分析

2.1 功能分析

SMC過程主要有2種安全功能：數據加密和數據完整性保護，現著重介紹信令數據的完整性保護問題，他包括完整性檢查和完整性密鑰管理：

（1） 完整性檢查

他的目的是保證空中接口上信令的連續(xù)和完整。RNC會對空中接口上的信令數據進行完整性保護。

（2） 完整性密鑰管理功能

完整性保護密鑰和完整性保護算法都是由CN指定，RNC和UE從所有指定的算法中選定兩者都支持的一種算法進行完整性保護。

2.2 過程描述

由CN發(fā)起安全模式控制過程，來配置加密信息和完整性保護信息。UTRAN收到CN配置的這些信息后，選擇UE和UTRAN都支持的加密算法和完整性保護算法，進行完整性保護過程和加密過程。過程見圖1。

對于一個CN域已經存在一個信令連接，并且在這個CN域上已經開始了完整性保護和加密算法。這時如果對于另外一個CN域配置加密和完整性保護信息，則要選擇已經存在的那個域上所應用的算法。

對于一個CN域已經存在一個信令連接，并且在這個CN域上已經開始了完整性保護和加密，如果這個域再次發(fā)送消息SECURITY MODE COMMAND給RNC，安全模式控制過程將被用來激活應用新的加密密鑰和完整性保護密鑰，參數Key STatus將會被設置成“NEW”。

（1） 無線資源控制（RRC）連接建立過程將UE的安全能力和對于電路域（CS）和分組域（PS）各自的START值從UE發(fā)送到RNC。其中UE安全能力信息包括加密能力和完整性保護能力。

（2） 移動臺（MS）發(fā)送初始L3消息VLR／SGSN，這些消息中包含用戶識別碼和KSI（Key Set IdenTIfier）。而KSI由最新配置鑒權信息的域分配。

（3） 執(zhí)行用戶識別碼請求過程。用戶鑒權和生成新的安全性密鑰值（IK和CK），也會生成新的KSI值。

（4） VLR／SGSN決定UIAs和UEAs優(yōu)先選用的順序

（5） VLR／SGSN發(fā)送RANAP消息Security ModeCommand給RNC來發(fā)起完整性保護和加密過程。這個消息包括按一定優(yōu)先順序排列的UIAs和IK值。

（6） RNC選擇RNC和UE都支持的算法，并生成一個隨機數FRESH，然后開始下行鏈路的完整性保護。

（7） RNC生成RRC消息security mode command。這個消息包含UE安全能力，UIA和FRESH，如果開始加密，還包括UEA，還包括CN域標識。

（8） UE在收到RRC消息Security mode command之后，比較收到的“UE security capability”參數和存儲的“UEsecurity capability”參數。

（9） 如果所有的控制過程成功，UE生成RRC消息Security mode complete并且生成這個消息的MAC-I。如果有的控制過程不成功，安全模式控制過程就會在UE端終止。

（10） 收到響應消息后，RNC根據響應消息計算XMAC-I。RNC比較XMAC-I和MAC-I來確定消息的完整性。

（11） RNC發(fā)送RANAP消息Security Mode Com-plete給VLR／SGSN報告結果。

3、 重定位信令的完整性保護功能

3.1 約定

重定位時完整性保護功能描述的是服務RNC（SRNC）進行完整性保護，伴隨SRNC重定位的硬切換：UE的測量報告表明硬切換的目標小區(qū)屬于另外一個RNC，這時UTRAN在決定執(zhí)行硬切換的時候，伴隨執(zhí)行重定位，將UE移交給目標RNC。

基于先實現簡單的基本過程，再逐步完善各種復雜情況的思路，約定如下：

（1） 在重定位前，源RNC已經啟用完整性保護，并且只可能是如下兩種情況：第一次安全模式控制過程（啟動完整性保護）已經生效；若有后續(xù)的安全模式控制過程（修改完整性保護配置），也必須在重定位前已經啟用新的配置，舊的完整性保護配置已被刪除。

（2） 源RNC側在重定位發(fā)起以后，拒絕CN發(fā)來的Security Mode Command消息。

（3） 目標RNC應該接受源RNC指定的完整性保護配置信息，而不應該在發(fā)往源RNC的CONtainer中指定新的配置。

3.2 源RNC的處理策略

在執(zhí)行重定位時，UTRAN的網絡節(jié)點之間（源RNC與目標RNC之間）需要傳遞一些RRC信息。網絡節(jié)點之間傳遞RRC信息的典型方式是RRC信息容器（RRC in-formATIon container）。

在RELOCATION REQUIRED消息中有一個IE叫做Source RNC to Target RNC Transparent Container，他的內容是UE當前在空中接口上的所有相關信息，包括加密和完整性保護信息、UE信息元素、UTRAN移動性信息元素、CN信息元素、測量信息元素，RB信息元素和傳輸信道信息元素等。向目標RNC傳遞這些信息的目的是作為目標RNC分配無線資源的參考。重定位時完整性保護功能主要討論此容器中的Integrity protection related infor-mation IE。源RNC側SMC模塊的主要任務是正確地填寫Container中和完整性保護相關的信息。透明容器部分內容見表1，執(zhí)行細節(jié)參數的格式規(guī)劃見圖2。

完整性保護算法采用16 b存放（UIA1～UIA16），每次有且僅有一個算法啟用，該算法其相應位置1，其余算法相應位都置0。

之所以對每個SRB的SN都加offset，SRB2上面已經解釋過了；其他的是為了防止直傳消息對UE和網絡側SN不同的影響（目前offset默認取3）。

3.3 目標RNC的處理策略

目標RNC在一次重定位過程中所要完成的工作是：根據來自CN的重定位資源分配請求，結合目標小區(qū)當前資源占用情況，為UE分配無線資源，如果資源分配成功，向CN返回成功響應。對于SMC模塊，主要完成如下兩步：

（1） 接收Container

從RELOCATION REQUEST消息中的Source RNCto Target RNC Transparent Container IE給目標RNC帶來UE的RRC信息。

在系統內重定位的情況下，如果Source RNC-to-Target RNC transparent container IE里面提供了Ciphe-ring Key IE，則目標RNC會選擇一種加密算法并利用此加密密鑰去加密信令數據（無論選擇了哪一種算法）；如果提供的是Integrity Protection Key IE，目標RNC將選擇一種完整性算法并利用此密鑰去啟動完整性保護操作（無淪選擇了哪一種算法）。

如果源RNC側沒有啟用完整性保護，則Source RNCto Target RNC Transparent Container中不會包含Integri-ty protection related information信息，目際RNC將不會啟動完整性保護操作。

目標RNC負責將接收到的Container中和完整性保護有關的信息保存到本地的SmcCtx中。如果目標RNC不支持該配置，則重定位資源分配失敗。

（2） 發(fā)送Container到SRNC

RELOCATION REQUEST消息中的Source RNC toTarget RNC Transparent Container IE給目標RNC帶來UE的RRC信息，基于這些信息，目標RNC會準備硬切換消息，然后會把準備好的硬切換消息傳回源RNC，由源RNC向UE發(fā)送。

根據約定，目標RNC不能改變從SRNC收到的完整性保護配置，應將該配置填入PHYSICAL CHANNELRECONFIGURATION消息的Integrity protection modeinfo IE中（和UE已有的相同）。

如果發(fā)往目標RNC的容器中RB identity for Han-dover message IE為空，重配置消息經過Container傳送到SRNC，SRNC從Container中取出PHYSICAL CHAN- NEL RECONFIGURATION信息，并加上消息類型和In-tegrity check info（在SRNC側計算）信息，發(fā)送給UE。

如果發(fā)往目標RNC的容器中RB identity for Han-dover message IE非空，則目標RNC在發(fā)給源RNC的Container中填重配置消息前，先用本地的完整性保護配置對重配置消息進行完整性保護，然后發(fā)往源RNC。源RNC收到這條消息后，不做處理，直接透傳給UE。在這種情況下，不需要在發(fā)往目標RNC的Container中對Downlink RRC Message sequence number加偏移量，Downlink RRC HFN也不用依賴Downlink RRC Messagesequence number做特別的處理。

4、結 語

SMC過程主要包括2種：一種是信令的完整性保護；另外一種是用戶數據的加密。由于空中接口的特性所限，信令完整性保護顯得非常重要，尤其在重定位過程中更是尤為關鍵。但目前對于信令完整性的實現還未在各廠商中達成一致，影響了互連互通性。希望通過對SMC的研究和分析提高對接中的一致性最終實現設備的互連互通。