Tìm hiểu vấn đề an ninh trong công nghệ LTE

LỜI MỞ ĐẦU

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một nghành công nghiệp phát triển vô cùng mạnh mẽ, các hệ thống của mạng di động không ngừng phát triển nhằm cung cấp cho người dùng sử dụng các dịch vụ thoại, truyền số liệu và đặc biệt là các dịch vụ băng rộng ở mọi lúc mọi nơi.

Khi thuê bao di động thực hiện các dịch vụ băng rộng vấn đề mất an toàn thông tin cần được quan tâm, thông qua các cơ chế xác thực, mã khóa để đảm bảo cho người dùng là vấn đề cấp thiết phải thực hiện, việc sử dụng ngày càng nhiều các giao diện và các giao thức mới tạo cơ hội sử dụng mạng với mục đích xấu. Các tấn công này có thể làm mất khả năng hoạt động của mạng, làm mất tính toàn vẹn cũng như tính bảo mật của các dịch vụ mạng. Cần phải có các biện pháp an ninh để bảo vệ mạng viễn thông khỏi các tấn công này.

Ở thời điểm hiện nay mạng di động 4G đã và đang được xây dựng trên khắp thế giới nhằm đáp ứng cho hàng tỉ người mong muốn được truy nhập với tốc độ cao. Công nghệ LTE là mạng truy nhập di động sẽ đóng vai trò quan trọng trong tổng thể hạ tầng cung cấp các dịch vụ tương lai. Với sự kế thừa các đặc trưng trong lĩnh vực di động cộng với đặc tính mạng all-IP dẫn đến nhiều yêu cầu cũng như giải pháp cho vấn đề an ninh trong miền mạng LTE.

Xuất phát từ những vấn đề trên em đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp của mình là “ Tìm hiểu vấn đề an ninh trong công nghệ LTE”. Mục tiêu cơ bản là nêu ra những cơ chế an ninh được áp dụng trong hệ thống LTE đã đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng.

Nội dung đồ án được trình bày trong 3 chương:

Chương I : Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động . Chương II : kiến trúc và giao thức mạng của hệ thống LTE. Chương III : An ninh trong công nghệ LTE.

CHƯƠNG I QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1 Giới thiệu chương 1

Khi mới triển khai, hệ thống thông tin di động 1G mới chỉ cung cấp cho người sử dụng dịch vụ thoại, nhưng nhu cầu về truyền hình số liệu tăng lên đòi hỏi các nhà khai thác mạng phải nâng cấp rất nhiều tính năng mới cho mạng và cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng theo cơ sở khai thác mạng hiện có. Từ đó các nhà khai thác đã triển khai hệ thống di động 2G, 2.5G để cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao hơn. Để cung cấp trực tiếp tin tức và các thông tin khác cho các thiết cho các thiết bị vô tuyến sẽ tạo ra nguồn lợi nhuận mới cho nhà khai thác.

Do nhu cầu sử dụng công nghệ thông tin càng cao nên đòi hỏi công nghệ cũng phải phát triển, phải chuyển đổi sang hệ thống thông tin di động mới đó là thế hệ thứ ba để đáp ứng được nhu cầu sử dụng của con người. Nhưng tốc độ hiện tại của thế hệ thứ ba không thể đáp ứng được các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao nên tổ chức viễn thông trên thế giới đã nghiên cứu và cho ra đời hệ thống thông tin di động 4G.

Hình 1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động

1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)

Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín hiệu tương tự, là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật vào năm 1979. Đây là hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA .

Hình 1.2 Tiêu biểu cho thế hệ mạng di động 1G là các thiết bị thu phát tin hiệu analog to và khá kềnh càng.

 Một số hệ thống điển hình:

o NMT (Nordic Mobile Telephone-Điện thoại di động Bắc Âu) : Sử dụng băng tần 450MHz triển khai tại các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga vào năm 1981.

o TACS (Total Access Communication System-Hệ thống truyền thông truy nhập toàn phần ): Triển khai ở Anh vào năm 1985

o AMPS (Advance Mobile Phone System -Hệ thống điện thoại tiên tiến): Triển khai tại Mỹ và Úc vào năm 1978 tại băng tần 800MHz.

 có những nhược điểm sau:

o Dịch vụ đơn thuần là thoại

o Chất lượng thấp

o Bảo mật kém

o Dung lượng thấp

Với những đặc điểm nói trên thì thế hệ thứ nhất (1G ) không thể đáp ứng nhu cầu cho người sử dụng.

1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G)

Hệ thống 2G dựa trên công nghệ kỹ thuật số, dùng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA-Time Division Multiple Access): Phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau và kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA- Code Division Multiple Access): Phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau.

Mạng 2G mang tới cho người sử dụng di động 3 lợi ích tiến bộ trong suốt một thời gian dài: mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi kết nối rộng hơn 1G và đặc biệt là sự xuất hiện của tin nhắn dạng văn bản đơn giản – SMS. Theo đó, các tin hiệu thoại khi được thu nhận sẽ đuợc mã hoá thành tín hiệu kỹ thuật số dưới nhiều dạng mã hiệu (codecs), cho phép nhiều gói mã thoại được lưu chuyển trên cùng một băng thông, tiết kiệm thời gian và chi phí. Song song đó, tín hiệu kỹ thuật số truyền nhận trong thế hệ 2G tạo ra nguồn năng lượng sóng nhẹ hơn và sử dụng các chip thu phát nhỏ hơn, tiết kiệm diện tích bên trong thiết bị hơn…

 Kỹ thuật này chiếm ưu thế hơn so với thế hệ 1G với những đặc điểm sau:

o Dung lượng tăng

o Chất lượng thoại tốt hơn

o Nhiều dịch vụ kèm theo như: fax, SMS, truyền dữ liệu..

o Bảo mật tốt.

 Một số hệ thống điển hình như:

o GSM (Global System for Mobile phone- Hệ thống thông tin di động toàn cầu): Sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) được triển khai tại Châu Âu.

o IS-136 aka D-AMPS (Interim Standard-136 Digital Advance Mobile Phone System) Sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Đã từng là mạng lớn nhất trên thị trường Mỹ nay đã chuyển sang GSM.

o PDC (Personal Digital cellular- Hệ thống tổ ong cá nhân): Sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) được triển khai tai Nhật Bản.

o IS-95(CDMA one): Sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) được triển khai tại Mỹ và Hàn Quốc.

Mặc dù hệ thống thông tin di đông 2G được coi là những tiến bộ đáng kể nhưng vẫn gặp phải những hạn chế sau: Tốc độ thấp và tài nguyên hạn hẹp vì thế cần thiết phải chuyển đổi lên mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo để đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng.

1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G)

Đây là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động cho phép truyền cả dữ liệu thoại và ngoài thoại (tải dữ liệu , gửi mail, hình ảnh….). 3G cung cấp cả hai dịch vụ đó là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập Radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay. Ưu điểm của hệ thống 3G là: tốc độ truyền dữ liệu cao, cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau.

 Các hệ thống điển hình như:

o UMTS (Universal Mobile Telecommunication System- Hệ thống viễn thông di động toàn cầu) dựa trên công nghệ truy cập vô tuyến W-CDMA, là giải pháp nói chung thích hợp với các nhà khai thác dịch vụ di động (Mobile network operator) sử dung GSM, tập trung chủ yếu ở châu Âu và một phần Châu Á (trong đó có Việt Nam). UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP, cũng là tổ chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM, GPRS và EDGE.

o CDMA2000: Chuẩn này là sự tiếp nối đối với các hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2G. CDMA 2000 được quản lý bởi 3GPP2 một tổ chức độc lập và được tách rời bởi 3GPP của UMTS. Có tốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến Mbps.

o TD-SCDMA: Đây là chuẩn 3G của Trung Quốc, dùng song công TDD, có thể hoạt động trên dải tần hẹp 1,6MHz (cho tốc độ 2Mbps) hay 5MHz (cho tốc độ 6Mbps).

1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G)

Các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đều luôn mong muốn và hướng tới các công nghệ không dây có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ hơn với tính năng và chất lượng dịch vụ cao hơn.Với cách nhìn nhận này, Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đã và đang làm việc để hướng tới một chuẩn cho mạng di động tế bào mới thế

hệ thứ tư (4G) ITU đã lên kế hoạch để có thể cho ra đời chuẩn này. Công nghệ này sẽ cho phép thoại dựa trên IP, truyền số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các công nghệ của mạng di động hiện nay. Về lý thuyết, theo tính toán dự kiến tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tớí 288 Mb/s.

Bảng 1.1 Bảng tổng kết các thế hệ thông tin di động.

Thế hệ thông

tin di động

Hệ thống

Dịch vụ chung

Chú thích

Thế hệ 1(G)

AMPS,

TACS,NMT

Thoại

FDMA, tương tự

Thế hệ 2(G)

GSM, IS-136, IS-95

Chủ yếu cho thoại kết nối với dịch vụ bản

tin ngắn

TDMA hoặc CDMA, công nghệ số,băng hẹp (8-13Kbps)

Thế hệ 2.5(G)

GPRS,EDGE,

cdma2000 1x

Chủ yếu vẫn là thoại, dịch vụ số liệu gói tốc độ thấp và

trung bình

TDMA( kết hợp nhiều khe thời gian hoặc tần số) hoặc CDMA, sử dụng phổ tần chồng lên phổ tần của hệ thống 2(G), tăng cường truyền số

liệu gói. Tốc độ tối đa đạt 144Kbps.

Thế hệ 3(G)

Cdma20001x, cdma2000, WCDMA

Truyền dẫn thoại và dịch vụ số liệu đa phương tiện

CDMA,CDMA/TDMA,băng

rộng,riêng cdma20001x EV sử dụng phổ chồng lên phổ của hệ thống 2(G). Tốc độ tối đa của đường xuống 2Mbps,đường lên 384Kbps.

Thế hệ 3.5(G)

HSDPA, HSUPA, HSOPA

Tích hợp thoại,dịch vụ số liệu và đa phương tiện tốc độ cao.

Phát triển từ 3(G),CDMA/HS- DSCH.HSDPA cho tốc độ tối đa đường xuống 14.4Mbps.HSUPA có tốc độ đường lên tối đa 5.7Mbps.HSOPA cho tốc độ Downlink/Uplink tối đa là

200Mbps/100Mbps.

Thế hệ 4(G)

LTE,WIMAX

Truyền dẫn thoại, số liệu

,đa phương tiện tốc độ cực

cao

OFDMA, MC/DS-CDMA, tốc độ tối đa ở môi trường trong nhà 5Gbps,100Mbps môi trường ngoài trời trên đối tượng chuyển động

nhanh (250km/h).

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 65 trang tài liệu này.

Cho đến hiện nay, chưa có một chuẩn nào rõ ràng cho 4G được thông qua. Tuy nhiên, những công nghệ phát triển cho 3G hiện nay sẽ làm tiền đề cho ITU xem xét để phát triển cho chuẩn 4G. Các cơ sở quan trọng để ITU thông qua cho chuẩn 4G đó chính là từ hỗ trợ của các công ty di động toàn cầu; các tổ chức chuẩn hóa và đặc biệt là sự xuất hiện của ba công nghệ cho sự phát triển mạng di động tế bào LTE (Long – Term Evolution), UMB (Ultramobile Broadband) và WIMAX II (IEEE 802.16m). Ba công nghệ này có thể được xem là các công nghệ tiền 4G chúng sẽ là các công nghệ quan trọng giúp ITU xây dựng và phát hành cho chuẩn 4G.

 UMB (Ultra Mobile Broadband-siêu băng rộng di động):

Chuẩn UMB hiện nay được phát triển bởi 3GPP2 với kế hoạch là sẽ thương mại hóa trước năm 2009. UMB được các tổ chức viễn thông của Nhật Bản, Trung Quốc, Bắc Mỹ và Hàn Quốc cùng với các hãng như Alcatel-Lucent, Apple, Motorola, NEC và Verizon Wireless phát triển từ nền tảng CDMA.

UMB có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25 MHz đến 20 MHz và làm việc ở nhiều dải tần số, với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 288 Mb/s cho luồng xuống và 75 Mb/s cho luồng lên với độ rộng băng tần sử dụng là 20 MHz. Qualcomm là hãng đi đầu trong nỗ lực phát triển UMB, mặc dù hãng này cũng đồng thời phát triển cả công nghệ LTE.

Sử dụng các kỹ thuật tiên tiến như: Kỹ thuật anten (MIMO - Multipe Input Multiple Output) và đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA - Spatial Division Multiple Access).

 WIMAX II

Wimax (Worldwide Interoperability Microwave Access): là một công nghệ không dây băng rộng, hổ trợ khả năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao cho cả mạng cố định và mạng không dây di động. Hai phiên bản của Wimax được IEEE đưa ra như sau:

o Fixed Wimax (Wimax cố định ): Dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16 – 2004 được thiết kế thích hợp cho truy nhập cố định. Trong phiên bản này sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonnal Fryquency Division multiple ).

o Mobile Wimax (Wimax di động): Dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16e, hổ trợ cho mạng di động, cung cấp khả năng chuyển vùng và chuyển mạng.

Tiêu chuẩn này sử dụng phương thức đa truy nhập ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM. Là sự kết hợp gữa kỹ thuật ghép kênh và kỹ thuật phân chia tần số có tính trực giao, rất phù hợp với môi trường truyền dẫn đa đường nhằm tăng thông lượng cũng như dung lượng mạng, tăng độ linh hoạt trong việc quản lý tài nguyên, tận dụng tối đa phổ tần, cải thiện khả năng phủ sóng với các loại địa hình đa dạng, phiên bản này được hợp chuẩn năm 2005.

 3GPP LTe

Cụm từ 3GPP LTE (The Third Generation Partnership Project Long Term Evolution) được dùng để để nói về một công nghệ di động mới đang được phát triển và chuẩn hóa bởi 3GPP. Dự án được bắt đầu từ cuối năm 2004, nhằm đảm bảo tính cạnh tranh của mạng 3G trong vòng 10 năm tới. Mặc dù 3GPP đã phát triển HSDPA, HSUPA để tăng dung lượng truyền (data rate) đến tốc độ lý thuyết lớn khoảng 14.4 Mbps, nhưng 3G HSPA vẫn không thể cung cấp những dịch vụ như Video, TV... Đứng trước sự ra đời và cạnh tranh của IEEE 802.16e (WiMAX), công nghệ hứa hẹn sẽ đạt dung lượng truyền khoảng 70Mbps, 3GPP buộc phải phát triển 3G LTE để có thể đứng vững.

Hệ thống 3GPP LTE là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UTMS, và là một trong những công nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G.

3GPP LTE có khả năng cấp phát phổ tần linh động và hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện với tốc độ trên 100Mb/s khi di chuyển ở tốc độ 3Km/h và đạt 30Mb/s khi di chuyển ở tốc độ cao 120Km/h. Tốc độ truyền này nhanh hơn gấp 7 lần so với tốc độ truyền dữ liệu của công nghệ HSDPA (truy nhập gói dữ liệu tốc độ cao). Do công nghệ này cho phép sử dụng các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao trong khi di chuyển ở bất kỳ tốc độ nào nên nó có thể hỗ trợ sử dụng các dịch vụ chứa dữ liệu có dung lượng lớn với độ phân giải cao ở cả điện thoại di động….

 LTE - Advanced

LTE-Advanced (Long Term Evolution-Advanced) là sự tiến hóa trong tương lai của công nghệ LTE, công nghệ dựa trên OFDMA này được chuẩn hóa bởi 3GPP trong phiên bản (Release) 8 và 9. LTE-Advanced, dự án được nghiên cứu và chuẩn hóa bởi 3GPP vào năm 2009 với các đặc tả được mong đợi hoàn thành vào quý 2 năm 2010