一種LTE-Advanced空中接口監(jiān)測(cè)儀的解密裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于移動(dòng)通信系統(tǒng)信令監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種LTE-Advanced空中接口監(jiān)測(cè)儀的解密裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LTE-Advanced是3GPP為了滿足ITU 頂T_Advanced(4G)的要求而推出的標(biāo)準(zhǔn)。LTE-A下行峰值速率達(dá)到IGbps，上行峰值速率達(dá)到500Mbps，上下行峰值頻譜利用率分別達(dá)到15bps/Hz和30bps/HZ(3LTE-A是LTE的平滑演進(jìn)，與LTE R8/R9保持后向兼容。LTE系統(tǒng)架構(gòu)包括終端(UE)、演進(jìn)后的接入網(wǎng)(E-UTRAN)和演進(jìn)后的核心網(wǎng)(EPC)。其中，E-UTRAN由多個(gè)基站(eNodeB)組成。UE通過空中(Uu)接口與eNodeB連接，eNodeB通過SI接口與EPC連接，基站間通過X2接口連接。
[0003]LTE系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩層安全保護(hù):第一層為E-UTRAN中的無線資源控制(RRC)層安全和用戶安全，即接入層(AS)安全;第二層是演進(jìn)型分組核心網(wǎng)中的非接入層(NAS)安全。AS安全和NAS安全都包括了加密和完整性保護(hù)。加密的目的是保證用戶數(shù)據(jù)在空中接口傳輸?shù)陌踩?。LTE解密過程中，需要的輸入?yún)?shù)有解密密鑰KEY、計(jì)數(shù)器值COUNT、承載標(biāo)識(shí)BEARER ID、上下行方向指示DIRECT1N和密鑰流長(zhǎng)度LENGTH，輸入?yún)?shù)經(jīng)過加密算法計(jì)算出密鑰流，密鑰流與密文異或后生成明文。
[0004]LTE-Advanced空中接口監(jiān)測(cè)儀在測(cè)試過程不需要有線接入網(wǎng)絡(luò)，不需要網(wǎng)絡(luò)及終端提供任何接口，能夠進(jìn)行外場(chǎng)無線測(cè)試。目前，已有的LTE信令監(jiān)測(cè)裝置解密方法，都是從核心網(wǎng)側(cè)的S6a/S 1接口獲取推演密鑰的原始參數(shù)，都需要或直接或間接地接入核心網(wǎng)側(cè)S6a/S10接口，該種方法并不適用于無線測(cè)試的LTE-Advanced空中接口監(jiān)測(cè)儀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種LTE-Advanced空中接口監(jiān)測(cè)儀的解密裝置及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)不需要接入核心網(wǎng)側(cè)S6a/S10接口，在無線環(huán)境下對(duì)LTE-Advanced空中接口信令實(shí)時(shí)解密。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種LTE-Advanced空中接口監(jiān)測(cè)儀的解密裝置，包括協(xié)議解析模塊、密鑰推演模塊、解密算法模塊和解密參數(shù)維護(hù)模塊，所述協(xié)議解析模塊的輸出端分別與密鑰推演模塊和解密參數(shù)維護(hù)模塊的輸入端相連，所述密鑰推演模塊和解密參數(shù)維護(hù)模塊的輸出端分別與解密算法模塊的輸入端相連，所述解密算法模塊的輸出端與協(xié)議解析模塊的輸入端相連；
[0008]所述密鑰推演模塊，被配置為用于計(jì)算出AS和NAS解密過程中所需的KEY;
[0009]所述協(xié)議解析模塊，被配置為用于解析PDCP PDU,RRC PDU和NAS PDU，獲取AS和NAS解密過程中的相關(guān)參數(shù)；
[0010]所述解密參數(shù)維護(hù)模塊，被配置為用于計(jì)算并維護(hù)AS和NAS解密過程中所需的輸入?yún)?shù)；
[0011]所述解密算法模塊，被配置為用于對(duì)加密的AS和NAS消息進(jìn)行解密。
[0012]優(yōu)選地，所述密鑰推演模塊由f3算法模塊、f 4算法模塊和HMAC-SHA-256算法模塊組成，所述f3算法模塊和f4算法模塊的輸入端分別與協(xié)議解析模塊的輸出端相連，所述f3算法模塊和f4算法模塊的輸出端分別與HMAC-SHA-256算法模塊的輸入端相連，所述HMAC-SHA-256算法模塊的輸出端與解密算法模塊的輸入端相連；
[0013]所述f3算法模塊，被配置為用于計(jì)算加密密鑰CK;
[0014]所述f4算法模塊，被配置為用于計(jì)算完整性保護(hù)密鑰IK;
[0015]所述HMAC-SHA-256算法模塊，被配置為用于計(jì)算NAS層加密密鑰KNASenc、AS層用戶數(shù)據(jù)加密密鑰KUPenc和AS層RRC信令加密密鑰KRRCenc。
[0016]優(yōu)選地，所述解密算法模塊由EEA1/128-EEA1解密算法模塊、EEA2/128-EEA2解密算法模塊和EEA3/128-EEA3解密算法模塊組成；
[0017]所述EEA1/128-EEA1解密算法模塊，被配置為用于對(duì)采用EEA1/128-EEA1算法加密的AS/NAS數(shù)據(jù)進(jìn)行解密；
[0018]所述EEA2/128-EEA2解密算法模塊，被配置為用于對(duì)采用EEA2/128-EEA2算法加密的AS/NAS數(shù)據(jù)進(jìn)行解密；
[0019]所述EEA3/128-EEA3解密算法模塊，被配置為用于對(duì)采用EEA3/128-EEA3算法加密的AS/NAS數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。
[0020]此外，本發(fā)明還提到一種LTE-Advanced空中接口監(jiān)測(cè)儀的解密方法，該方法采用上述的一種LTE-Advanced空中接口監(jiān)測(cè)儀的解密裝置，按如下步驟進(jìn)行:
[0021]步驟1:通過協(xié)議解析模塊解析R R C連接建立消息，提取其中攜帶的參數(shù)r b -1dentity，參數(shù)AS BEARER ID = rb-1dentity-l ；
[0022]步驟2:通過協(xié)議解析模塊解析鑒權(quán)請(qǐng)求消息，提取其中攜帶的參數(shù)RAND;
[0023]步驟3:通過密鑰推演模塊并利用已知的根密鑰K和RAND，計(jì)算出CK和IK;利用CK和IK，計(jì)算出 KASME ；利用KASME，計(jì)算出 KNASenc 和 KeNB ；利用KeNB，計(jì)算出 KUPenc 和 KRRCenc ；當(dāng)對(duì)NAS消息解密時(shí)，參數(shù)NAS KEY = KNASenc;當(dāng)對(duì)AS RRC消息解密時(shí)，參數(shù)AS KEY =KRRCenc ；當(dāng)對(duì)AS用戶數(shù)據(jù)解密時(shí)，參數(shù)AS KEY=KUPenc ；
[0024]步驟4:通過協(xié)議解析模塊解析NAS安全模式命令消息，提取其中攜帶的參數(shù)NAS加密算法，其值包括 128-EEA1、128-EEA2 和 128-EEA3 ；
[0025]步驟5:通過協(xié)議解析模塊解析之后的NAS消息，提取其中攜帶的參數(shù)NASSN，參數(shù)NAS COUNT = 0x00 NAS OVERFLOW NAS SN，其中 | | 表示比特級(jí)聯(lián)，NAS OVERFLOW為NAS SN的溢出計(jì)數(shù)器，對(duì)于上下行，NAS COUNT通過解密參數(shù)維護(hù)模塊分別進(jìn)行維護(hù)；
[0026]步驟6:根據(jù)通過上述步驟求得的NAS KEY,NAS COUNT和NAS加密算法，以及NASBEARER ID = O,NAS DIRECT1N上行時(shí)為O，下行時(shí)為I，NAS LENGTH= 128，對(duì)加密的NAS消息進(jìn)行解密；即將上述的NAS KEY、NAS ⑶UNT、NAS BEARER ID、NAS DIRECT1N和NAS LENGTH的輸入?yún)?shù)經(jīng)過NAS加密算法計(jì)算出密鑰流，然后將密鑰流與密文異或后生成明文；
[0027]步驟7:通過協(xié)議解析模塊解析RRC安全模式命令消息，提取其中攜帶的參數(shù)AS加密算法，其值包括EEAl、EEA2和EEA3 ；
[0028]步驟8:通過協(xié)議解析模塊解析之后的rocprou，獲取其中攜帶的參數(shù)rocp SN，參數(shù)AS COUNT = HFN I I PDCP SN，其中HFN為超幀號(hào)，對(duì)于上下行，AS COUNT通過解密參數(shù)維護(hù)模塊分別進(jìn)行維護(hù)；
[0029]步驟9:根據(jù)通過上述步驟求得的AS BEARER ID,AS KEY,AS COUNT和AS加密算法，以及AS DIRECT1N上行時(shí)為O，下行時(shí)為I，AS LENGTH=128，對(duì)加密的AS數(shù)據(jù)進(jìn)行解密；SP將上述的AS KEY、AS C0UNT、AS BEARER ID、AS DIRECT1N和AS LENGTH的輸入?yún)?shù)經(jīng)過AS加密算法計(jì)算出密鑰流，然后將密鑰流與密文異或后生成明文；
[0030]步驟10:之后的NAS消息解密，重復(fù)步驟5-步驟6;
[0031 ]步驟11:之后的AS數(shù)據(jù)解密，需先解析RRC消息提取其中攜帶的rb-1dentity，用rb-1dentity-Ι更新參數(shù)AS BEARER ID，之后重復(fù)步驟8-步驟9。
[0032]優(yōu)選地，在所述的步驟6中，具體包括
[0033]步驟6.1:將輸入?yún)?shù)NASKEY、NAS ⑶UNT、NAS BEARER ID、NAS DIRECT1N和NASLENGTH經(jīng)過NAS加密算法計(jì)算出密鑰流；
[0034]步驟6.2:將密鑰流與密文異或后生成明文。
[0035]優(yōu)選地，在所述的步驟9中，具體包括
[0036]步驟9.1:將輸入?yún)?shù)ASKEY、AS C0UNT、AS BEARER ID、AS DIRECT1N和ASLENGTH經(jīng)過AS加密算法計(jì)算出密鑰流；
[0037]步驟9.2:將密鑰流與密文異或后生成明文。
[0038]本發(fā)明所帶來的有益技術(shù)效果:
[0039]本發(fā)明提出了一種LTE-Advanced空中接口監(jiān)測(cè)儀的解密裝置及方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，一種LTE-Advanced空中接口監(jiān)測(cè)儀的解密裝置及方法，在不接入核心網(wǎng)側(cè)S6a/S10接口的情況下，通過解析I3DCP PDU,RRC PDU和NAS I3DU，獲取LTE-Advanced安全相關(guān)參數(shù)，并推演出AS/NAS解密過程所有參數(shù)，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)加密的AS/NAS數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，實(shí)現(xiàn)對(duì)LTE-Advanced空中接口的實(shí)時(shí)無線監(jiān)測(cè)。
【附圖說明】
[0040]圖1為L(zhǎng)TE系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。
[0041]圖2為L(zhǎng)TE系統(tǒng)解密過程示意圖。
[0042]圖3為本發(fā)明LTE-Advanced空中接口監(jiān)測(cè)儀的解密裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖4為本發(fā)明LTE-Advanced空中接口監(jiān)測(cè)儀的解密方法的流程框圖。
[0044]其中，卜協(xié)議解析模塊；2-密鑰推演模塊；21_f3算法模塊；22_f4算法模塊；23-HMAC-SHA-256算法模塊;3-解密算法模塊;31-EEA1/128-EEA1解密算法模塊;32-EEA2/128-EEA2解密算法模塊;33-EEA3/128-EEA3解密算法模塊;4-解密參數(shù)維護(hù)模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0045]下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0046]實(shí)施例1:
[0047]如圖1所示，LTE系統(tǒng)由UE、E-UTRAN和EPC組成，其中，E-UTRAN由多個(gè)eNodeB組成，EPC由多個(gè)MME/S-GW組成，UE和eNodeB通過Uu接口連接，eNodeB之間通過X2接口連接，6吣(^8和11^/5-6￥通過51接口連接。
[0048]如圖2所示，輸入?yún)?shù)有解密密鑰KEY、計(jì)數(shù)器值COUNT、承載標(biāo)識(shí)BEARER ID、上下行方向指示DIRECT1N和密鑰流長(zhǎng)度LENGTH，輸入?yún)?shù)經(jīng)過加密算法計(jì)算出密鑰流，密鑰流與密文異或后生成明文。
[0049]如圖3所示，LTE-Advanced空中接口監(jiān)測(cè)儀的解密裝置，包括協(xié)議解析模塊1、密鑰推演模塊2、解密算法模塊3和解密參數(shù)維護(hù)模塊4，所述協(xié)議解析模塊I的輸出端分別與密鑰推演模塊2和解密參數(shù)維護(hù)模塊4的輸入端相連，所述密鑰推演模塊2和解密參數(shù)維護(hù)模塊4的輸出端分別與解密算法模塊3的輸入端相連，所述解密算法模塊3的輸出端與協(xié)議解析模塊I的輸入端相連。
[0050]所述密鑰推演模塊2，被配置為用于計(jì)算出AS和NAS解密過程中所需的KEY;
[0051 ] 所述協(xié)議解析模塊I，被配置為用于解析PDCP PDU,RRC PDU和NAS PDU，獲取AS和NAS解密過程中的相關(guān)參數(shù)；
[0052]所述解密參數(shù)維護(hù)模塊4，被配置為用于計(jì)算并維護(hù)AS和NAS解密過程中所需的輸入?yún)?shù)；
[0053]所述解密算法模塊3，被配置為用于對(duì)加密的AS和NAS消息進(jìn)行解密。
[0054]所述密鑰推演模塊2由f3算法模塊21、f 4算法模塊22和HMAC-SHA-256算法模塊23組成，所述f3算法模塊21和f4算法模塊22的輸入端分別與協(xié)議解析模塊I的輸出端相連，所述f3算法模塊21和f4算法模塊22的輸出端分別與HMAC-SHA-256算法模塊23的輸入端相連，所述HMAC-SHA-256算法模塊23的輸出端與解密算法模塊3的輸入端相連；
[0055]所述f3算法模塊21，被配置為用于計(jì)算加密密鑰CK;
[0056]所述f4算法