Sicherheit mobiler Kommunikation: Schutz in GSM-Netzen, Mobilitätsmanagement und mehrseitige Sicherheit
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|---|---|
| adam_text | Das Buch wendet sich an Informatiker und Nachrichtentechniker, die sich
unter dem Aspekt Sicherheit mit Mobilkommunikationssystemen beschäf¬
tigen. Die ausführlichen Einleitungskapitel zu GSM (Global System
Mobile
technik und Informatik, ein Bild von der Architektur und den Sicherheits¬
funktionen des bekannten und verbreiteten Mobilfunkstandards zu erlangen.
Es werden die Sicherheitsanforderungen an Mobilkommunikationssysteme
systematisiert sowie die Defizite in existierenden Netzen am Beispiel GSM
aufgezeigt. Lösungskonzepte zum vertrauenswürdigen Mobilitätsmanage¬
ment in Telekommunikationsnetzen werden vorgestellt, die die Privatheit
unterstützende Speicherung von Nutzerprofilen erlauben und sich zur
anonymen und unbeobachtbaren Kommunikation eignen. Die Leistungs¬
fähigkeit der Verfahren wird an Beispielen untersucht, verglichen und dem
existierenden GSM-Netz gegenübergestellt. Planer und Entwickler von
künftigen Mobilkommunikationssystemen wie auch Datenschützer erhalten
einen Einblick in die Defizite existierender Netze und die Möglichkeiten
des Schutzes von Mobilitätsdaten.
Der Inhalt
• Mobilkommunikation und mehrseitige Sicherheit
• Mobilkommunikation am Beispiel GSM
•
• Vertrauenswürdiges Mobilitätsmanagement in Funknetzen
• Sicherheit in UMTS
Die Zielgruppen
• Informatiker
• Nachrichtentechniker
• Planer und Entwickler von künftigen Mobilkommunikationssystemen
Der Autor
Hannes Federrath ist wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fakultät
Informatik der TU Dresden.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort...............................................................................................................
Inhaltsverzeichnis...........................................................................................xi
Tabellenverzeichnis....................................................................................xvii
Abbildungsverzeichnis.............................................................................xviii
Teil 1 Analyse existierender Mobilfunknetze_____________1_
1 Mobilkommunikation und mehrseitige Sicherheit...........1
1.1 Mobilkommunikation..........................................................................1
1.1.1 Terminal- und Personal
1.1.2 Herausforderungen..................................................................3
1.1.3 Beispiele für mobile Netze......................................................4
1.2 Mehrseitige Sicherheit........................................................................16
1.2.1 Technische Datenschutzforderungen...............................18
1.2.2 Anforderungen mehrseitiger Sicherheit..........................20
1.2.3 Sicherheitsanforderungen in der Literatur.....................22
1.3 Angreifermodell unter dem Aspekt der Vertraulichkeit
der Lokalisierungsinformation.........................................................26
1.3.1 Allgemeines zu Angreifermodellen....................................26
1.3.2 Passiver und aktiver Angreifer.............................................27
1.3.3 Mächtigkeit des Angreifers...................................................28
1.3.3.1 Ausforschungssicherheit der
Endgeräte.................................................................28
1.3.3.2 Manipulationssicherheit.....................................29
1.3.3.3 Peilbarkeit sendender Funkstationen..............29
1.4 Abgeleitete Sicherheitsmaßnahmen...............................................31
2 Mobilkommunikation am Beispiel GSM..........................35
2.1 Allgemeines............................................................................................35
2.1.1 Standardisierung von GSM..................................................35
xi
Sicherheit mobiler Kommunikation
2.1.2 Leistungsmerkmale von GSM..............................................36
2.1.3 GSM in Zahlen.........................................................................36
2.2 Struktur von GSM................................................................................37
2.2.1 Architektur...............................................................................37
2.2.2 Funktechnischer Aufbau.......................................................39
2.2.3 Mobilfunkgebiete im GSM...................................................42
2.2.4
2.3 Datenbanken des GSM........................................................................43
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.4 Sicherheitsrelevante Prozeduren und Funktionen....................46
2.4.1 Zugangskontrolle....................................................................46
2.4.2 Authentikation........................................................................47
2.4.3 Pseudonymisierung durch TMSI.......................................49
2.4.4 Generierung des Chiffrierschlüssels Kc.............................53
2.4.5 Verschlüsselung auf der Funkschnittstelle......................54
2.4.6 Ein Beispiel...............................................................................56
Mobilitate-
3.1 Wozu
3.2
3.3 Erstellbarkeit von Bewegungsprofilen...........................................63
3.4
3.4.1 Einbuchen.................................................................................66
3.4.2 Aufenthaltsaktualisierung....................................................66
3.4.2.1 Neues LA, aber altes VLR.......................................67
3.4.2.2 Neues VLR................................................................68
3.4.3 Periodische Aufenthaltsaktualisierung............................69
3.5 Rufaufbau
3.5.1 Vermittlung ankommender Rufe.......................................70
3.5.2 Vermittlung abgehender Rufe.............................................73
3.6 Erstellbarkeit von Bewegungsprofflen im GSM...........................74
3.6.1 Ebene OMC...............................................................................75
3.6.2 Ebene HLR.................................................................................75
3.6.3 Ebene VLR/MSC......................................................................75
xii
Inhaltsverzeichnis
3.6.4 Ebene BSS..................................................................................76
3.6.5 Funktechnische Ebene (BTS)...............................................76
3.6.6 Entgeltabrechnung und Bewegungsprofile....................77
3.6.7 Registrierung der Gerätekennungen (EIR).......................79
3.7 Bekannte Angriffe auf GSM-Sicherheitsfunktionen...................80
3.7.1 IMSI-Catcher............................................................................80
3.7.2
3.7.3 Abfangen von
3.8 Zusammenfassung der Sicherheitsprobleme...............................83
Teil 2 Datenschutzgerechtes
4 Systematik der vorgestellten Verfahren...........................85
4.1 Zusammenhang der Methoden.......................................................86
4.2 Zusätzliche notwendige Maßnahmen zum Schutz des
Aufenthaltsorts.....................................................................................89
5 Methoden mit ausschließlichem Vertrauen in die
Mobilstation.......................................................................91
5.1 Vermeidung von Lokalisierungsinformation:
Broadcast-
5.1.1 Implizite Adressierung bei
5.1.2 Technische Rahmenbedingungen.....................................98
5.1.3 Konsistenz der Verteilung....................................................99
5.1.4 Aufwand..................................................................................101
5.1.5 Auswertung............................................................................104
5.1.6 Variable implizite Adressierung........................................104
5.2 Methode der Gruppenpseudonyme (A.2)....................................107
5.2.1 Vorbemerkungen..................................................................108
5.2.2 Einbuchen, Ausbuchen und
Aufenthaltsaktualisierung..................................................109
5.2.3 Vermittlung eines ankommenden Rufs.........................110
5.2.4 Bewertung der Methode der Gruppenpseudo¬
nyme.........................................................................................112
5.2.4.1 Bildung der Anonymitätsgruppe....................112
xiii
Sicherheit mobiler Kommunikation
5.2.4.2 Implizite Adresse auf der
Funkschnittstelle.................................................114
Methoden mit zusätzlichem Vertrauen in einen ei¬
genen ortsfesten Bereich.................................................117
6.1 Adreßumsetzungsmethode mit Verkleinerung der
Broadcast-Gebiete (B.l und B.2).....................................................117
6.2 Explizite Speicherung der Lokalisierungsinformation
in einer
6.3 Pseudonymumsetzung in einer vertrauenswürdigen
Umgebung mit der Methode der temporären
Pseudonyme (B.4)...............................................................................124
6.3.1 Vorbemerkungen..................................................................124
6.3.2 Einbuchen, Ausbuchen und Aktualisieren....................125
6.3.3 Vermittlung eines ankommenden Rufs.........................127
6.4 Sicherheitsbetrachtungen...............................................................129
6.4.1 Unberechtigte Abfrage der
Station......................................................................................129
6.4.2 Verwendung von Pseudonymen.......................................130
6.4.3 Beobachtbarkeit der
Kommunikationsbeziehungen.........................................131
Methoden mit zusätzlichem Vertrauen in einen
fremden ortsfesten Bereich.............................................133
7.1 Organisatorisches Vertrauen: Vertrauen in eine
Third
7.1.1 Allgemeines............................................................................133
7.1.2 Die Methode der verteilten temporären
Pseudonyme (DTP-Methode)............................................134
7.2 Vertrauen in physische Sicherheit: Methode der
kooperierenden Chips (C.2).............................................................135
7.2.1 Einbuchen, Aktualisieren, Ausbuchen............................137
7.2.2 Vermittlung eines ankommenden Rufs.........................138
7.2.3 Sicherheitsbetrachtungen..................................................140
7.2.4 Modifikationsmöglichkeiten.............................................142
7.3 Aufwandsbetrachtungen zu den Methoden B.3, B.4, C.2.........144
xiv
Inhaltsverzeichnis
7.3.1 Skalierbarkeit bzgl. der Teilnehmerzahl bei der
Methode der kooperierenden Chips................................144
7.3.2 Nachrichtenlängen für die Signalisierung auf
der Funkschnittstelle...........................................................148
7.4 Mobilkommunikationsmixe: Anonyme Rückadressen
zur „Pfadgewinnung (C.3)..............................................................153
7.4.1 Voraussetzungen, vereinfachende Annahmen
und Notationen.....................................................................154
7.4.2 Schutz der Verkehrsdaten im ISDN: Das
Verfahren der ISDN-Mixe....................................................155
7.4.3 Grundverfahren mit HLR, aber ohne VLR......................158
7.4.3.1 Aufenthaltsregistrierung und
-aktualisierung.....................................................159
7.4.3.2 Signalisierung eines ankommenden
Rufs..........................................................................161
7.4.3.3 Signalisierang eines abgehenden Rufs...........162
7.4.4 Modifikationsmöglichkeiten.............................................163
7.4.4.1
7.4.4.2 Generierung von {LAI}-Sets...............................164
7.4.4.3 Verwendung von
7.4.4.4
7.4.5 Verfahren mit HLR und VLR..............................................166
7.4.5.1 Grundidee des pseudonymen
Managements........................................................166
7.4.5.2
mit Mixen...............................................................168
7.4.5.3 Aufenthaltsregistrierung und
-aktualisierung.....................................................171
7.4.5.4 Geographische Allokation der Mixe
und Bildung von Aufenthaltsgebiets¬
gruppen..................................................................174
7.4.5.5 Signalisierung eines ankommenden
Rufs..........................................................................178
7.4.5.6 Signalisierung eines abgehenden Rufs...........182
7.4.5.7 Gegenseitige Authentikation zwischen
mobilen Teilnehmern und Netz......................184
7.4.6 Aufwandsbetrachtungen....................................................188
XV
Sicherheit mobiler Kommunikation
7.4.6.1 Nachrichtenlängen auf der
Funkschnittstelle.................................................188
7.4.6.2 Kanalkapazität des
7.4.6.3 Minimale Dauer eines Systemtaktes bei
Call
7.4.6.4 Minimale Dauer eines Systemtaktes bei
Location
7.4.6.5 Verbindungsaufbauzeit......................................204
7.4.7 Konzeptionelle Einbindung der Mobilkommu-
mkationsmixe in UMTS......................................................206
7.4.7.1 Verallgemeinerung auf mehrstufige
Speicherung..........................................................207
7.4.7.2 Nachrichtenaufbau im allgemeinen
Fall............................................................................208
7.4.8 Sicherheitsbetrachtungen..................................................214
7.4.8.1 Anonymität und Unbeobachtbarkeit
durch Mixe.............................................................214
7.4.8.2 Bedeutung der Komponenten aus
Sicherheitssicht....................................................215
7.4.8.3 Schubgrößen und
7.4.8.4 Schutz über Netzgrenzen hinweg...................218
7.4.8.5 Zusammenfassung...............................................220
8 Schlußbemerkungen.......................................................223
Anhang________________________________227_
I
II
III
IV
V
xvi
|
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