MỞ ĐẦU Từ cuối thế kỷ 20 đến những năm đầu thế kỷ 21, ngành công nghiệp viễn thông đã có những bước phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là trong lĩnh vực vô tuyến và di động. Ở Việt Nam trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông nói chung và thông tin di động nói riêng đã có những bước phát triển vượt bậc. Từ chỗ có hai nhà cung cấp dịch vụ di động, cho đến nay đã có bẩy nhà cung cấp dịch vụ di động. Cùng với đó, số lượng thuê bao di động không ngừng tăng lên, yêu cầu của khách hàng sử dụng dịch vụ di động cũng ngày một cao hơn.
Điện thoại di động giờ đây không chỉ để dùng để nghe gọi như trước nữa, mà nó đã trở thành một đầu cuối di động với đầy đủ các tính năng để phục vụ mọi nhu cầu của con người. Bằng chiếc điện thoại của mình người sử dụng có thể giải trí, truy cập dữ liệu phục vụ việc học hành, nghiên cứu hay giao lưu, học hỏi, không những thế người sử dụng còn có thể dùng nó để thực hiện các giao dịch kinh doanh, giao dịch ngân hàng trực tuyến,… với tốc độ cao không thua kém gì các mạng có dây. Sự phát triển của các công nghệ mới kéo theo là rất nhiều dịch vụ tiện ích mới ra đời đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Trong đó phải kể đến các dịch vụ truyền bản tin như email, SMS, EMS, MMS, IM… đã góp phần không nhỏ trong việc nâng cao các ứng dụng hiện có, đồng thời đưa ra một phương tiện truyền tin mới khi cần có thể thay thế cho các cuộc gọi thoại truyền thống vốn không phải lúc nào cũng tiện lợi mà cước phí lại cao.
Để những điều nêu trên trở thành hiện thực, các nhà cung cấp dịch vụ di động tại Việt Nam đã và đang cho ra mắt khách hàng viễn thông hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G). Cùng với sự phát triển của thông tin di động mang lại nhiều lợi ích cho xã hội thì những nguy cơ và thách thức đối với các nhà cung cấp dịch vụ cũng tăng. Thông tin của người dùng truyền trong môi trường vô tuyến có thể bị tấn công hay bị nghe trộm bởi người khác, các dịch vụ của nhà nhà cung cấp có thể bị đánh cắp hay bị phá hoại. Điều này gây thiệt hại lớn cả về kinh tế và chất lượng dịch vụ cho cả người dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ.
Những thách thức này đặt ra các yêu cầu cho các nhà cung cấp dịch vụ về vấn đề nhận thực và bảo mật cho thông tin vô tuyến và di động để bảo vệ quyền lợi của người dùng và lợi ích của chính bản thân các nhà cung cấp. Xuất phát từ nhu cầu thực tế, em đã chọn nghiên cứu đề tài: “Bảo mật dữ liệu đầu vào cho mạng 3G” làm luận văn tốt nghiệp. Em hy vọng tìm hiểu về vấn đề an ninh trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba, cụ thể là mạng UMTS cũng như các giải pháp để bảo mật và bảo vệ toàn vẹn thông tin của người sử dụng khi được truyền trong hệ thống. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 11 Nội dung của luận văn gồm 4 chương: - Chƣơng 1: Kiến trúc mạng UMTS.
Nội dung của chương này đề cập đến lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động, các đặc điểm, loại hình dịch vụ mà hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba cung cấp. Phần cuối chương có đề cập đến các cấu trúc của hệ thống 3G UMTS. - Chƣơng 2: Tổng quan về kỹ thuật bảo mật trong thông tin di động. Nội dung của chương đề cập đến các đe dọa an ninh đối với hệ thống thông tin di động và các giải pháp để đảm bảo an toàn thông tin trong các hệ thống thông tin di động.
Cuối chương có đề cập đến an ninh trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai. - Chƣơng 3: An ninh trong mạng UMTS. Đây là phần nội dung chính của quyển đồ án. Nội dung đề cập đến các nguyên lý cơ bản để xây dựng một kiến trúc an ninh cho hệ thống 3G UMTS.
Các biện pháp cụ thể để bảo vệ an toàn thông tin khi truyền trên giao diện vô tuyến của hệ thống. Tìm hiểu cụ thể quá trình nhận thực và thỏa thuận khóa AKA, các hàm mật mã được sử dụng và các thông số nhận thực liên quan, một số vấn đề an ninh trong mạng UMTS. - Chƣơng 4: Ƣớc lƣợng an ninh trong mạng UMTS. Phần này trình bày về mô phỏng thuật toán nhận thực và thỏa thuận khóa AKA.
Do hạn chế về kinh nghiệm, trình độ nghiên cứu và thời gian có hạn nên luận văn tốt nghiệp của em chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được thầy, cô và các bạn góp ý để luận văn của em được hoàn thiện hơn. Luận văn này thực hiện trong khuôn khổ đề tài QG-10. Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2010 HỌC VIÊN Nguyễn Thành Long TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 12 CHƢƠNG 1: KIẾN TRÚC MẠNG UMTS 1. Tổng quan lịch sử phát triển mạng thông tin di động tế bào Thông tin di động bắt đầu từ những năm 1920, khi các cơ quan an ninh của Mỹ bắt đầu sử dụng điện thoại vô tuyến, dù chỉ là ở các căn cứ thí nghiệm.
Công nghệ vào thời điểm đó đã có những thành công nhất định trên các chuyến tàu hàng hải, nhưng nó vẫn chưa thực sự thích hợp cho thông tin trên bộ. Các thiết bị còn khá cồng kềnh và công nghệ vô tuyến vẫn còn gặp khó khăn khi đối diện với những toà nhà lớn ở thành phố. Vào năm 1930, đã có một bước tiến xa hơn với sự phát triển của điều chế FM, được sử dụng ở chiến trường trong suốt thế chiến thứ hai. Sự phát triển này kéo dài đến cả thời bình, và các dịch vụ di động bắt đầu xuất hiện vào những năm 1940 ở một số thành phố lớn.
Tuy vậy, dung lượng của các hệ thống đó rất hạn chế, và phải mất nhiều năm thông tin di động mới trở thành một sản phẩm thương mại. Đến nay hệ thống thông tin di động tế bào đã có ba thế hệ: thứ nhất (1G); thứ hai (2G) và thứ ba (3G).1: Quá trình phát triển của các nền tảng thông tin di động từ 1G đến 3G. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) Thế hệ điện thoại di động đầu tiên ra đời trên thị trường vào những năm 70 và 80 của thế kỷ 20.
Đấy là những điện thoại tương tự sử dụng kỹ thuật điều chế radio gần giống như kỹ thuật dùng trong radio FM. Các hệ thống 1G đảm bảo truyền dẫn tương tự dựa trên công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) với kết nối mạng lõi dựa trên công nghệ ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM). Ví dụ điển hình cho hệ thống này là hệ thống điện thoại di động tiên tiến (AMPS) được sử dụng trên toàn nước Mỹ và hệ thống điện thoại di động Bắc Âu (NMT). Thông thường các công nghệ 1G được triển khai tại một nước hoặc nhóm các nước, không được tiêu chuẩn hóa bởi các cơ quan tiêu chuẩn quốc tế và không có mục đích dành cho sử dụng quốc tế.
Trong thế hệ điện thoại này, các cuộc thoại không được bảo mật. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) Khác với 1G, các hệ thống 2G được thiết kế để triển khai cho mục đích sử dụng quốc tế. Thiết kế 2G nhấn mạnh hơn về tính tương thích, khả năng chuyển mạng phức tạp và sử dụng truyền dẫn tiếng số hóa trên giao diện vô tuyến. Ví dụ điển hình về các hệ thống 2G là: GSM và cdmaOne (dựa trên tiêu chuẩn TIA IS-95).
Thế hệ thứ hai 2G của mạng di động chính thức ra mắt trên chuẩn GSM của Hà Lan, do Công ty Radiolinja (Nay là một bộ phận của Elisa) triển khai vào năm 1991.Lịch sử ra đời và phát triển của mạng thông tin di động GSM (2G): - Năm 1986: CEPT lập nhiều vùng thử nghiệm tại Paris để lựa chọn công nghệ truyền phát. Kỹ thuật đa truy nhập phân chia thời gian (TDMA) và đa truy nhập phân chia tần số (FDMA) đã được lựa chọn. Hai kỹ thuật trên đã được kết hợp để tạo nên công nghệ phát cho GSM. Các nhà khai thác của 12 nước Châu Âu đã cùng ký bản ghi nhớ (MoU) quyết tâm giới thiệu GSM vào năm 1991.
- Năm 1988: CEPT bắt đầu xây dựng đặc tả GSM cho giai đoạn hiện thực; thêm 5 nước gia nhập MoU. - Năm 1991: Chuẩn GSM 1800 đã được công bố. Thống nhất cho phép các nước ngoài CEPT được quyền tham gia bản MoU. - Năm 1992: Đặc tả giai đoạn 1 hoàn tất.
Mạng GSM giai đoạn 1 thương mại đầu tiên được công bố. Thỏa thuận chuyển vùng (roaming) quốc tế đầu tiên giữa Telecom Finland và Vodafone (Anh) được ký kết. - Năm 1994: MoU có hơn 100 tổ chức tại 60 nước cùng tham gia, nhiều mạng GMS ra đời và tổng số thuê bao lên đến con số 3 triệu. - Năm 1995: Đặc tả cho Dịch vụ Liên lạc Cá nhân (PCS-Personal Communications Service) được phát triển tại Mỹ, đây là một phiên bản GSM hoạt TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 14 động trên tần số 1900MHz.
GSM tiếp tục phát triển nhanh tăng thêm 10.000 thuê bao mỗi ngày. - Năm 1998: MoU có 253 thành viên trên 100 nước và có trên 70 triệu thuê bao trên toàn cầu, chiếm 31% thị trường di động thế giới. - Tháng 6/2002: Hiệp hội GSM có 600 thành viên, đạt 709 triệu thuê bao (chiếm 71% thị trường di động số) trên 173 quốc gia. - Năm 2001, để tăng thông đường truyền phục vụ nhu cầu truyền thông tin (không phải thoại) trên mạng di động, GPRS đã ra đời (đôi khi được xem như thế hệ 2.
Tốc độ truyền dữa liệu của GSM chỉ bằng 9. GPRS đã cải tiến tốc độ truyền tăng lên gấp 3 lần tương đương với 20-30Kbps, cho phép phát triển dịch vụ WAP và internet (email) tốc độ thấp. - Năm tiếp theo, 2003, EDGE đã ra đời với khả năng cung ứng tốc độ lên được 250 Kbps (trên lý thuyết). EDGE còn được biết đến như là 2.
Ba lợi ích chủ yếu của mạng 2G là: Những cuộc gọi di động được mã hóa kĩ thuật số; Cho phép tăng hiệu quả kết nối các thiết bị; Bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện thoại di động - khởi đầu là tin nhắn SMS.