ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN NGỌC ÁI

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ BẢO ĐẢM AN TOÀN THÔNG TIN TRONG
MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI LTE

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà Nội – 2015


1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN NGỌC ÁI

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ BẢO ĐẢM AN TOÀN THÔNG TIN TRONG
MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI LTE

Ngành: Công nghệ Thông tin
Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính
Mã số:60 48 15

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sĩ Phạm Thanh Giang



MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG .......................... 6
1.1. Lịch sử phát triển mạng thông tin di động ............................................................................. 6

1.1.1. Giới thiệu chung ................................................................................................. 6
1.1.2. Thế hệ thứ nhất (1G) .......................................................................................... 7
1.1.3. Thế hệ thứ 2 (2G) ............................................................................................... 7
1.1.4. Thế hệ di động thứ 3 (3G) .................................................................................. 8
1.1.5. Công nghệ tiền 4G (pre-4G) ............................................................................... 9
1.1.6. Công nghệ di động băng rộng tương lai LTE ... Error! Bookmark not defined.
1.2. Mục tiêu và triển vọng công nghệ LTE ...................................... Error! Bookmark not defined.

1.2.1. Mục tiêu của công nghệ LTE ........................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Triển vọng công nghệ LTE .............................. Error! Bookmark not defined.
1.2.3. Các yêu cầu và tính năng cơ bản của LTE ....... Error! Bookmark not defined.
1.3. Băng tần triển khai LTE.............................................................. Error! Bookmark not defined.

1.3.1. Các băng tần triển khai trong LTE ................... Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Băng tần 700 MHz ........................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.3. Băng tần 2600 MHz ......................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.4. Các băng tần khác............................................. Error! Bookmark not defined.
1.4. Các dịch vụ của LTE ................................................................... Error! Bookmark not defined.
1.5. Kiến trúc hệ thống mạng LTE .................................................... Error! Bookmark not defined.

1.5.1. Kiến trúc tổng thể hệ thống LTE ...................... Error! Bookmark not defined.
1.5.2. Thiết bị người dùng (UE) ................................. Error! Bookmark not defined.
1.5.3. E-UTRAN Nút B (eNodeB) ............................. Error! Bookmark not defined.
1.5.4. Thực thể quản lý di động (MME)..................... Error! Bookmark not defined.
1.5.5. Cổng phục vụ (S-GW) ...................................... Error! Bookmark not defined.

2.2.2. Định danh thuê bao........................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.3. Bảo mật tại mỗi lớp .......................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.4. Xác thực và thỏa thuận khóa (LTE-AKA) ....... Error! Bookmark not defined.
2.2.5. Phân cấp khóa trong LTE ................................. Error! Bookmark not defined.
2.2.6. Quản lý chuyển giao khóa trong LTE (HANDOVER)Error! Bookmark not
defined.
2.3. Điểm yếu trong bảo mật mạng LTE ........................................... Error! Bookmark not defined.

2.3.1. Điểm yếu trong bảo mật truy nhập LTE........... Error! Bookmark not defined.
2.3.2. Điểm yếu trong bảo mật chuyển giao LTE ...... Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 3 : NÂNG CAO BẢO MẬT MẠNG LTE ........ Error! Bookmark not defined.
3.1. Tăng tính bảo mật trong mạng LTE .......................................... Error! Bookmark not defined.

3.1.1. Tăng tính riêng tư trong xác thực và thỏa thuận khóa (PE-AKA) ............Error!
Bookmark not defined.
3.1.2. Tăng cường quản lý nhận dạng ........................ Error! Bookmark not defined.
3.1.3. PE-AKA ........................................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.4. Lấy IMSI từ RMSI ........................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.5. Đồng bộ lại (ReSynchronization) ..................... Error! Bookmark not defined.
3.2. Đánh giá hiệu năng thực thi ........................................................ Error! Bookmark not defined.

3.2.1. Cơ sở tính toán đánh giá ................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Đánh giá hiệu năng trong bảo mật truy nhập ... Error! Bookmark not defined.
3.2.3. Đánh giá hiệu năng trong bảo mật chuyển giao Error! Bookmark not defined.


5

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 10

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1. Lịch sử phát triển mạng thông tin di động
1.1.1. Giới thiệu chung
Trong hơn 25 năm qua, sự phát triển của Internet cũng như các công nghệ
không dây đã có ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống của con người trên toàn thế giới.
Hai nhân tố này đã làm thay đổi cách con người liên lạc với nhau, cách làm việc,
cách hưởng thụ cuộc sống thông qua các loại hình thông tin mới.
Với sự ra đời của mạng thông tin di động, chúng ta đã chứng kiến sự tăng vọt
về nhu cầu dịch vụ không dây và di động: năm 2002 đánh dấu thời điểm lịch sử của
mạng viễn thông với số thuê bao di động vượt số thuê bao cố định. Theo ITU, tháng
9 năm 2005, số thuê bao di động trên thế giới đã vượt con số 2 tỷ. Theo thống kê
của Hiệp hội các nhà cung cấp di động toàn cầu (GSA) gần đây, con số này đã vượt
3 tỷ. Tuy nhiên, lịch sử của mạng di động ô mạng mới bắt đầu trải qua 3 thế hệ và ở
nhiều quốc gia nó vẫn còn đang ở thế hệ thứ 2.

Hình 1.1 : Lộ trình phát triển mạng thông tin di động [3]
Trong mạng thông tin di động, mỗi thập kỷ chứng kiến một thế hệ mạng mới.
Thế hệ đầu tiên (1G) khởi đầu từ những năm 80. Đó là thế hệ điện thoại di động
tương tự. Thế hệ thứ hai (2G) bắt đầu nổi lên từ những năm đầu của thập kỷ 90. 2G
là công nghệ di động kỹ thuật số, cung cấp dịch vụ thoại và cả dữ liệu. Thế hệ thứ


7

ba (3G) bắt đầu từ năm 2001 ở Nhật, đặc trưng bởi dịch vụ thoại, dữ liệu và đa
phương tiện tốc độ cao. Hệ thống trước thế hệ thứ tư (4G), nền móng cho thế hệ 4G
bắt đầu được thương mại hóa vào đầu năm 2010.Lộ trình phát triển của các công
nghệ mạng di động như Hình 1.1. [1]
1.1.2. Thế hệ thứ nhất (1G)
Mạng di động 1G bắt đầu ở Nhật vào năm 1979. Đây là hệ thống truyền tín

Chuẩn di động của liên minh viễn thông quốc tế (ITU) IS-95 sử dụng kỹ thuật
đa truy nhập theo mã (CDMA). CDMA được chuẩn hoá năm 1993. Ngày nay, có 2
phiên bản IS-95, gọi là IS-95A và IS-95B. IS-95A dùng FDD với độ rộng kênh 1,25
MHz cho mỗi hướng lên và xuống. Tốc độ dữ liệu tối đa của IS-95A là 14,4 Kbps.
IS-95B có thể cung ứng tốc độ dữ liệu lên đến 115 Kbps bằng cách gộp 8 kênh lại
với nhau. Với tốc độ này, IS-95B còn được phân loại như là công nghệ 2,5G.
1.1.4. Thế hệ di động thứ 3 (3G)
Mạng 3G đặc trưng bởi tốc độ dự liệu cao, dung lượng của hệ thống lớn, tăng
hiệu quả sử dụng phổ tần và nhiều cải tiến khác. Có một loạt các chuẩn công nghệ
di động 3G, tất cả đều dựa trên CDMA, bao gồm: Hệ thống viễn thông di động toàn
cầu (UMTS) dùng cả FDD, TDD, CDMA2000 và CDMA phân theo không gian,
thời gian.
1.1.4.1. UMTS (đôi khi còn được gọi là 3GSM)
Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo mã băng rộng (WCDMA). UMTS được
chuẩn hoá bởi đề án hợp tác thế hệ thứ 3 (3GPP). UMTS là công nghệ 3G được lựa
chọn bởi hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ GSM/GPRS để đi lên 3G. Tốc độ dữ liệu
tối đa là 1920Kbps (gần 2Mbps). Nhưng trong thực tế tốc độ này chỉ tầm 384Kbps.
Để cải tiến tốc độ dữ liệu của 3G, hai kỹ thuật HSDPA và HSUPA đã được đề nghị.
Khi cả 2 kỹ thuật này được triển khai, người ta gọi chung là HSPA. HSPA thường
được biết đến như là công nghệ 3,5G.
1.1.4.2. CDMA2000
Bước phát triển tiếp theo của 2G CdmaOne, đại diện cho họ công nghệ bao
gồm CDMA2000 1xRTT (công nghệ phát vô tuyến), CDMA2000 EV-DO (phát
triển - tối ưu hóa dữ liệu) và CDMA2000 EV-DV (phát triển - dữ liệu và thoại).
CDMA2000 được chuẩn hoá bởi 3GPP2. Lẽ thường thì CDMA2000 là công nghệ
3G được lựa chọn bởi các nhà cung cấp mạng CdmaOne.
1.1.4.3. CDMA phân không gian - thời gian (TD-SCDMA)
Chuẩn di động được đề nghị bởi hiệp hội các tiêu chuẩn thông tin Trung Quốc





10

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình “Lộ trình phát triển thông tin di động
3G lên 4G”, NXB Thông tin và truyền thông, 2010.
Tiếng Anh
2. 3GPP TS 33.210 V8.2.0 (2008-12) 3G security; Network Domain Security
(NDS); IP network layer security.
3. Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Sköld and Per Beming, 3G Evolution:
HSPA and LTE for Mobile Broadband, Elsevier, 2007.
4. Martin Sauter, Beyond 3G - Bringing Networks, Terminals and the Web
Together: LTE, WiMAX, IMS, 4G Devices and the Mobile Web 2.0, John Wiley and
Sons, 2009.
5. Stefania Sesia, Issam Toufik and Matthew Baker, LTE-The UMTS Long Term
Evolution, From Theory to Practice, John Wiley and Sons, 2009.
6. Agilent Technologies, 3GPP Long Term Evolution: System Overview, Product
Development, and Test Challenges, Application Note, 09/2009.
7. Freescale, Overview of the 3GPP Long Term Evolution Physical Layer, White
Paper, 07/2007.
8. Rysavy Research, Transaction to 4G_3GPP Broadband Evolution to IMTAdvanced-4G Americas, 09/2010.
9. Chan-Kyu Han, Security Analysis and Enhancements in LTE-Advanced
Networks, 10/2011.
Website
1. www.3gpp.org/LTE
2. www.ieee.org
3. www.tapchibcvt.gov.vn
4. www.thongtincongnghe.com