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　　MME接收到鉴权向量后，将四元组中的RAND、AUTN以及为K_ASME分配的密钥标识K_SIASME发送给UE^[4-5]，如图4所示，与UE进行相互鉴权。

　　USIM中用户鉴权处理如图5所示。

　　UE接收到鉴权请求消息后，使用K、RAND和AUTN通过f5[3]和f1算法，计算出XMAC，与AUTN中的MAC进行比较，验证网络的合法性。同时，UE还要验证接收到的序列号SQN是否在有效的范围内。如果XMAC和SQN都验证通过，那么UE使用K和RAND通过f2算法，计算出RES，携带在鉴权响应中发送给MME。MME将接收到的RES与鉴权向量中的XRES进行比较，若一致，则完成了MME对UE的鉴权，认为UE是合法的。

　　USIM会根据自己存储的永久密钥K以及接收到的随机数RAND分别通过f3^[3]和f4^[3]算法，计算出CK、IK密钥对，发送给UE。UE利用CK、IK并绑定服务网络标识计算出K_ASME，与接收到的K_SIASME对应存储起来。这样，经过鉴权和密钥协商过程后，网络和UE之间完成了相互鉴权，并共享一个密钥K_ASME，用于随后计算NAS层密钥和AS层密钥。

　　如果UE对网络的鉴权没有通过，则向MME发送鉴权失败消息，携带鉴权失败原因。

3 算法实现

　　本文基于Microsoft Visual C++ 6.0开发软件，使用C语言实现鉴权机制中相关算法。

　　鉴权机制中所需参数如下：

　　K= {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF};

　　OP= {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF};

　　AMF= {0x80, 0x00};

　　SQN= {0x00, 0x00, 0x16, 0x1c, 0xfe, 0x81};

　　RAND= { 0x53, 0x37, 0x06, 0x9d, 0xa8, 0x27, 0xb2, 0x4c, 0x5d, 0xec, 0x9f, 0xeb, 0xe8, 0xaf, 0xf7, 0xea};

　　MCC=460;

　　MNC=30。

　　通过以上参数，根据图3和图1分别可以计算出MAC、XRES、CK、IK、AK、AUTN和KASME，VC环境下计算结果如图6所示。

　　该计算结果通过加载到LTE综测仪，能够与商用LTE终端互连，通过鉴权认证，从而验证了算法实现的正确性。

4 小结

　　本文首先介绍了LTE系统中的密钥层次结构，然后对LTE鉴权机制进行研究，包括信令流程和鉴权向量生成。最后，通过C语言进行算法实现，并在VC环境中运行得到结果。该计算结果加载到LTE综测仪，能够与商用LTE终端互连，从而验证了算法实现的正确性。随着LTE牌照的发放，LTE终端的大量上市，将会对LTE技术进行深入研究。

参考文献：

　　[1]3GPP TS 33.401 V10.0.0 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; 3GPP System Architecture Evolution (SAE);Security architecture[S]. 2011(3):20-24

　　[2]3GPP TS 33.102 V10.0.0 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects;  3G Security; Security architecture[S]. 2010(12):20-22

　　[3]3GPP TS 35.206 V11.0.0 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects;  3G Security;Document2: Algorithm Specification[S]. 2012(9):18-24

　　[4]3GPP TS 24.301 V10.2.0 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Core Network and Terminals;Non-Access-Stratum (NAS) protocol for Evolved Packet System (EPS); Stage 3[S].2011(3):60-66

　　[5]3GPP TS 36.331 V10.1.0 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);Radio Resource Control (RRC) Protocol specification[S]. 2011(3):92-93

关键词： LTE 密钥层次 鉴权 201511