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1、3G 无线VPDN解决方案3G无线VPDN解决方案锐捷网络目录、项目背景概述3、3G数据业务介绍3、3G应用设计方案6VPDN解决方案6无线安全措施9IPSEC VPN安全措施13、测试方案14、项目背景概述2009年月份国家工业与信息化部正式向移动、联通、电信三家运营商分别颁发了CDMA2000、TD-SCDMA、WCDMA三张牌照。随着运营商对3G的投入不断增加，其业务成熟度及信号服务质量也将会不断增强。在传统的有线模式下，满足移动式服务车、大客户上门服务、临时ATM点等环境存在通讯的困难，主要是无长期固定地点且业务量也小，租赁专线的成本过高，存在着高速无线的需求，而3G是目前最有可能满足
2、这种应用的技术。本项目主要研究适用于的3G解决方案。、3G数据业务介绍3G最大的变化，只是在最后一公里无线连接速率上的提升，以及在无线信号部分安全性的增强。后端的有线网，除进行必要的提速之外，其它均无实质性的变化。3G用于企业数据通讯业务可以归结为两种：一种是普通互联网业务；一种是无线VPDN业务（或无线DDN）。相对应就有两种解决方案：（1 自建VPN）（2.运营商VPDN）l 第一种，通过互联网自建VPN的方案。网点路由器通过3G拨到普通互联网，总部出口需要准备一根到互联网线路，且分配公有地址。网点和总部的路由器之间直接建立IPSEC VPN加密隧道。由于有些运营商为3G分配私有地址，运营
3、商内部要经过NAT，所有需要采用IPSEC VPN穿越NAT的机制。l 第二种，利用运营商提供的VPDN方案。网点路由器通过3G拨号至运营商的LAC设备，然后LAC设备通过专线和总部出口的路由器（即LNS）建立L2TP VPN隧道。然后网点路由器再与总部路由器，在L2TP基础之上建立IPSEC VPN加密隧道。运营商可以通过策略使网点3G SIM卡，只能拨到总部内网，而不能到互联网，这样即保证安全又可以防止员工非法使用。运营商和总部之间可以采用专线、城域网VPN等线路，针对银行一般采用SDH/MSTP等专线更加安全。两种方案优劣势的分析对比如下：l 第一种方案网点3G和总部出口链路都连接普通互
4、联网，安全性较差，成本较低，网点的3G和总部的链路不一定是同一家运营商组网灵活性好。l 第二种方案网点的3G只能拨到总部，总部采用专线，两端都和互联网隔离，安全性高，成本较高，网点的3G必须和总部的专线隶属同一家运营商灵活性较差。我们主要考虑3G在生产环境，如临时网点、离行ATM、大客户上门服务、柜面网点备份等，对安全性要求高，所以本文主要介绍3G VPDN设计方案及测试方案。、3G应用设计方案VPDN解决方案如上图所示，网点采用路由器+3G MODEM，运营商需要有LAC及配套的AAA服务器。总部需要准备一台路由器（LNS），一条专线，一台AAA服务器。LAC主要负责对3G用户的认证（并在认
5、证的过程中区分是普通互联网用户还是企业用户），及与该用户所属企业的LNS建立隧道的作用。网点路由器的IP地址，可由运营商动态分配，也可由LNS分配（注：中国移动的3G，用户不能随意分配IP地址，有可能存在和其它移动用户冲突的可能，因此用户内部自行规划分配的地址段必须获得移动的确认），建议采用静态IP地址。总部路由器的IP地址，必须是静态配置。运营商AAA服务器中配置用户IMSI信息（IMSI是在运营商网络中唯一识别一个移动用户的号码，由15位数字组成，存于SIM卡中）、终端用户的账号和密码、对应LNS地址、VPDN隧道属性。总部AAA服务器主要存放网点路由器建立连接时所需要的用户名和密码。用户
6、名的格式为XXXX.COM.CN，其中前面的字符串可以由用户端自行定义，后面的字符串即域名，必须由运营商分配。运营商AAA服务器通过域名，确认该用户的权限。运营商AAA服务器与总部AAA服务器的用户名和密码必须一致。工作过程如下：1) 网点路由器3Gmodem通过无线信号找到运营商基站并注册连接（对SIM卡认证、并协商双方加密密钥）。2) 路由器启动PPP拨号向LAC发出认证请求。3) LAC把认证请求转至运营商LAC AAA服务器。4) AAA服务器将会回复认证结果并返回该用户所属的LNS地址、VPDN隧道属性等信息。5) LAC向返回的LNS地址发出L2TP隧道建立请求，隧道建立成功（请求
7、建立隧道的认证可选）。6) LNS对网点路由器的用户名和密码进行重新认证（LNS对网点路由器的重认证可选）。7) L2TP隧道建立完成。网点路由器对应的拨号接口UP。8) 如果网点发起了能够触发IPSEC VPN的流量，则IPSEC VPN隧道建立过程启动。网点路由器与LNS发起IPSEC VPN连接请求。安全措施，主要有以下几个方面：1) 无线信号：网点路由器3G MODEM通过信号找到基站后，有一个注册的过程，在这个过程中运营商侧需要对接入的3G SIM卡身份通过密钥机制进行确认（这个过程也称为鉴权）。在身份确认的过程中，双方还会协商用于通讯加密的密钥，并在通信过程中采用该密钥对数据和话音
8、进行加密，以避免被监听。同时在对数据加密完成之后，还会附加上校验码，对方在收到之后会重新计算和核对校验码是否正确，以此判断信息是否在无线传输过程中被篡改。2) 访问控制：运营商LAC设备绑定账号和SIM卡中的IMSI标识号，保证账号不会被其它3G用户盗用（即用户拿其它的3G卡，用账号进行拨号，运营商侧可以把账号和SIM卡的唯一标识码进行绑定，避免被盗用）。LAC设备可以对不同的用户加载网络访问权限，当发现是的账号时，就只允许该用户访问VPDN，而不能访问互联网；3) 数据加密：3G的加密，只针对无线的部分，从LAC到LNS之间虽然有L2TP隧道，但是该隧道并不加密，还是明文传送，而从LAC到专
9、线网中间还有可能经过不可信任的网络，所以在网点和总部路由器之间，采用IPSEC VPN实现端到端的加密。IPSEC VPN同样采用密钥的机制，提供身份认证、数据保密和完整性的服务；安全措施的详细说明，请看后续章节。无线安全措施2G的CDMA和GSM时，就有针对终端入网时身份合法性确认的鉴权功能，和利用内置在SIM卡中的密钥对无线信号进行加密的功能。3G在2G的基础上进行延续并做了安全性增强。鉴权简介鉴权就是指身份认证，是对请求进入3G网络的终端进行身份合法性的确认，3G终端也会对运营商网络的身份进行确认。用户和运营商网络之间进行双向认证&在互相确认对方身份的基础上生成数据加密密钥CK, 和数据
10、完整性密钥IK,为下一步的数据传输做准备。原理如下：MS即指用户，SN/VLR、HE/HLR可以简单理解为运营商中的两种不同的设备，下面还会提到USIM也可以简单理解为是用户侧。用户SIM卡和运营商侧保存着一个相同的密钥K。在运营商内部会为每个用户生成多组的认证向量AV（RANDXRESCKIKAUTN）：序列号1. RANDXRESCKIKAUTN序列号2. RANDXRESCKIKAUTN序列号3. RANDXRESCKIKAUTN.AUTN表示认证令牌（即一组字符串，有三种字符串组成，SQN+AK、AMF、消息认证码，其中的SQN是指AV组序列号,AK是密钥）；RES和XRES分别表示用
11、户的应答信息和运营商的应答信息；RAND表示生成的随机数；CK和IK分别表示数据保密密钥和数据完整性密钥。大致过程如下：运营商收到用户的接入请求时从一组认证向量中选择一组AV（i），将AV（i）中的RAND（i）和AUTN（i）发送给用户的USIM进行认证。用户收到RAND和AUTN后计算出消息认证码XMAC（见下图），并与AUTN中包含的MAC相比较，如果二者不同，USIM将向VLRSGSN发送拒绝认证消息。这个过程其实是用户在认证运营商网络的合法性。f1、f2、f3、f4、f5是一种加解密算法，该算法由运营商掌握不对外公开，在用户办理入网时，由运营商把算法及密钥K存入SIM卡中。如果二者相
12、同，USIM计算应答信息XRES（i），发送给SN（运营商侧的设备）。SN在收到应答信息后，比较XRES（i）和RES（i）的值。如果相等则通过认证，否则不建立连接。这样就完成了双向的鉴权。加密简介在鉴权通过的基础上，MSUSIM根据RAND（i）和它在入网时的共享密钥Ki来计算数据保密密钥CKi和数据完整性密钥IK（i）。SN根据发送的AV选择对应的CK和IK。在3G系统中，网络接入部分的数据保密性主要提供4个安全特性：加密算法协商、加密密钥协商、用户数据加密和信令数据加密。其中加密密钥协商在鉴权过程中完成。加密算法协商由用户与运营商网间的安全模式协商机制完成。在无线接入链路上仍然采用分组密
13、码流对原始数据加密，采用了f8算法，如下图所示。它有5个输入：COUNT是密钥序列号；BEARER是链路身份指示；DIRECTION是上下行链路指示；LENGTH是密码流长度指示；CK是长度位128 bit的加密密钥。 2G加密密钥为64位，3G为128位；2G加密采用预先共享的密钥，3G通过协商算出密钥，所以3G的安全性更强。完整性简介鉴权过程中，双方不仅协商了用于加密密钥CK，还协商了数据完整性密钥IK。完整性保证，工作原理如下：发送方把要传送的数据用完整性密钥IK经过f9算法产生消息认证码MAC，将其附加在发出的消息后面。在接收方把收到的消息用同样的方法计算得到XMAC。接收方把收到的MAC与XMAC相比较，如二者相同就说明收到的消息是完整的，中间未被篡改。IPSEC VPN安全措施IPSEC主要提供针对数据层面的加密功能，网点路由器和LNS建立连接时，需要协商双方的加密密钥，提供身份的认证、加密、完整性保护。目前锐捷RSR20路由器支持的加密和hash算法主要有：加密算法des,3des,aes128,aes192,aes256 hash；算法 md5和sha。具体的工作过程不再赘述。、测试方案见附件。第 2 页 共 15 页
