1、引言移动通信的发展大致经历了三代。
第一代模拟蜂窝移动通信系统几乎没有采取安全措施，移动台把其电子序列号（ESN）和网络分配的移动台识别号（MIN）以明文方式传送至网络，若二者相符，即可实现用户的接入，结果造成大量的克隆手机，使用户和运营商深受其害；第二代数字蜂窝移动通信系统（2G）主要有基于时分多址（TDMA）的GSM系统、DAMPS 系统及基于码分多址（CDMA）的CDMAone系统，这两类系统的安全机制的实现虽然有很大区别，但是，它们都是基于私钥密码体制，采用共享秘密数据（私钥）的安全协议，来实现对接入用户的认证和数据信息的保密，因而在身份认证及加密算法等方面存在着许多安全隐患；第三代移动通信系统（3G）在2G的基础上进行了改进，继承了2G系统安全的优点，同时针对3G系统的新特性，定义了更加完善的安全特征与鉴权服务。
未来的移动通信系统除了能够提供传统的语音、数据、多媒体业务外，还应当能支持电子商务、电子支付、股票交易、互联网业务等，个人智能终端将获得广泛使用，移动通信网络最终会演变成开放式的网络，能向用户提供开放式的应用程序接口，以满足用户的个性化需求。
因此，网络的开放性以及无线传输的特性，使安全问题将成为整个移动通信系统的核心问题之一。
2、移动通信系统的安全威胁安全威胁产生的原因来自于网络协议和系统的弱点，攻击者可以利用网络协议和系统的弱点非授权访问和处理敏感数据，或是干扰、滥用网络服务，对用户和网络资源造成损失。
按照攻击的物理位置，对移动通信系统的安全威胁可以分为无线链路的威胁、对服务网络的威胁和对移动终端的威胁。
主要威胁方式有以下几种：（1）窃听，即在无线链路或服务网内窃听用户数据、信令数据及控制数据；（2）伪装，即伪装成网络单元截取用户数据、信令数据及控制数据，伪终端欺骗网络获取服务；（3）流量分析，即主动或被动流量分析以获取信息的时间、速率、长度、来源及目的地；（4）破坏数据的完整性，即修改、插入、重放、删除用户数据或信令数据以破坏数据的完整性；（5）拒绝服务，即在物理上或协议上干扰用户数据、信令数据及控制数据在无线链路上的正确传输，以实现拒绝服务攻击；（6）否认，即用户否认业务费用、业务数据来源及发送或接收到的其他用户的数据，网络单元否认提供的网络服务；（7）非授权访问服务，即用户滥用权限获取对非授权服务的访问，服务网滥用权限获取对非授权服务的访问；（8）资源耗尽，即通过使网络服务过载耗尽网络资源，使合法用户无法访问。
随着网络规模的不断发展和网络新业务的应用，还会有新的攻击类型出现。
3、3G移动通信系统的鉴权算法WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA将是3G移动通信的主流技术。
WCDMA、TD-SCDMA的安全规范由欧洲委主体的3GPP（3G Partnership Project）制定，CDMA2000的安全规范由以北美为首的3GPP2制定。
3.1 3GPP的鉴权算法3GPP的接入安全规范已经成熟，加密算法和完整性算法已经实现标准化，基于IP的网络域的安全也已制定出相应的规范。
3GPP的终端安全、网络的安全管理规范还有待进一步完善。
3GPP制定的3G安全算法逻辑结构分为三个层面（如图1所示）。
针对不同的攻击类型，分为五类，即网络接入安全（I）、核心网安全（Ⅱ）、用户网安全（Ⅲ）、应用安全（Ⅳ）和安全特性可见性及可配置能力（V）。
图1 3G安全算法逻辑结构3GPP网络接入鉴权算法有三种：临时身份识别码（TMSI），永久用户识别码（IMSI）、认证和密钥协商（AKA）。
AKA机制完成MS和网络的相互认证，并建立新的加密密钥和完整性密钥。
AKA安全算法的执行分为两个阶段，第一阶段是认证向量（AV）从归属环境（HE）到服务网络（SN）的传送，第二阶段是SGSN／VLR和MS执行询问应答程序取得相互认证。
HE包括归属位置寄存器（HRL）和核心网鉴权中心（AUC）。
认证向量（AV）含有与认证和密钥分配有关的敏感信息，在网络域的传送上使用基于SS7的MAPSEC协议，该协议提供了数据来源认证、数据完整性、抗重放和机密性保护等功能3GPP为3G通信系统定义了12种鉴权算法：f0～f9、f1*和f5*，应用于不同的安全服务。
身份认证与密钥分配方案中，移动用户登记和认证参数的调用过程与GSM网络基本相同，不同之处在于3GPP认证向量AV是5元组，并实现了用户对网络的认证。
AKA利用f0至f5*算法，这些算法仅在鉴权中心AUC和用户身份识别模块（USIM）中执行。
其中，f0算法仅在AUC中执行，用于产生随机数RAND；f1算法为消息鉴权函数，用于计算网络鉴权时的XMAC-A；f1*算法为消息鉴权函数，支持重同步功能，保证从f1*的函数值无法反推出f1，f2～f5*；f2算法为消息鉴权函数，用于用户鉴权计算XRES期望的响应值；f3算法为密钥生成函数，用于计算加密密钥CK；f4算法为密钥生成函数，用于计算消息完整性密钥IK；f5算法为密钥生成函数，用于计算匿名密钥AK，对鉴权序列号SQN加解密，以防止被位置跟踪；f5*为密钥生成函数，用于计算重同步时的匿名密钥。
由于这些算法的产生依赖于USIM 卡中的运营商密钥OPC，常数c1～c5和r1～r5，因此，对每个用户的鉴权算法都是不一样的，从而增加了鉴权的安全性。
3G系统的鉴权是双向的，在网络端和终端都进行鉴权，鉴权过程如下：在AUC中产生认证向量（AV）=（RAND，XRES，CK，IK，AUTN）和认证令牌AUTN=SQN[AK]‖AMF‖MAC-A。
VLR发送RAND和AUTN至USIM。
USIM计算XMAC-A=f1K（SQN‖RAND‖AMF），若等于AUTN 中的MAC-A，并且SON在有效范围内，则认为对网络鉴权成功，计算RES、CK、IK，发送RES 至VLR。
VLR验证RES，若与XRES相符，则认为对MS鉴权成功；否则，拒绝MS接入。
当SQN 不在有效范围内时，USIM和AUC利用f1*算法进入重新同步程序，SGSN/VLR向HLR/AUC请求新的认证向量AV。
从上述鉴权过程看，3G的鉴权过程较为复杂，鉴权算法慎密，相应的安全性也得到了大大的增强。
其关键技术在于引入了运营商密钥、双向鉴权和鉴权序列号。
通过运营商密钥及相关常数，可以对每个用户生成个性化的鉴权函数，增加了鉴权的可靠性。
f6是MAP加密算法，f7是MAP完整性算法。
3GPP的数据加密机制将加密保护延长至无线接入控制器RNC。
数据加密使用f8算法，生成密钥流块KEYSEREAM。
对于MS和网络间发送的控制信令信息，使用算法f9来验证信令消息的完整性。
F8和f9算法都是以分组密码算法KASUMI构造的，KASUMI算法的输入和输出都是64bit，密钥是128bit。
KASUMI算法在设计上具有对抗差分和线性密码分析的安全性。
3.2 3GPP2的鉴权算法3GPP2规范中涉及的安全因素包括接入控制（鉴权）、密钥管理、数据和身份的保密、其他相关规定以及分组数据网的认证授权计费机制。
3GPP2的认证和密钥协商机制采用3GPP的AKA，以便3G中两种体制之间的漫游，但对AKA算法进行了扩展，除了f0～f5*算法外，增加了UIM认证密钥产生算法（f11）和UIM存在认证算法（UMAC）。
增强型用户鉴权（ESA）不但实现网络对终端的认证，同时也实现了终端对网络的认证。
3GPP2所有密钥长度增加为128bit，涉及的鉴权参数仍然是A-KEY、ESN、SSD，数据和身份保密的基本原理同CDMAone，但采用了增强算法。
加密算法采用ESPAES，完整性算法采用EHMAC，所有算法均实现了标准化。
CDMA2000分组数据网提供两种接入方式：简单IP和移动IP。
3GPP2在分组数据网中引入认证、授权和计费（AAA机制）是全新的内容，也是与3GPP在安全方面的一个重要差别。
目前采用远程认证拨入用户服务（RADIUS）协议实现。
3.3 3G系统安全特性的优缺点（1）相对于2G系统，3G系统主要进行了如下改进：◆实现了双向鉴权认证。
不但提供基站对MS的认证，也提供了MS对基站的认证，可有效防止伪基站的攻击和抹机盗打现象发生。
◆提供了接入链路信令数据的完整性保护。
◆密钥长度增加为128bit，改进了算法。
◆3GPP接入链路数据加密延伸至无线接入控制器RNC。
◆3G的安全机制还具有可拓展性，为将来引入新业务提供了安全保护措施。
◆3G能向用户提供安全可视性操作，用户可随时查看自己所用的安全模式及安全级别。
（2）在密钥长度、算法选定、鉴别机制和数据完整性检验等方面，3G的安全性能远远优于2G。
但3G仍然存在下列安全缺陷：◆没有建立公钥密码体制，难以实现用户数字签名。
随着移动终端存储器容量的增大和CPU处理能力的提高以及无线传输带宽的增加，必须着手建设无线公钥基础设施（WPKI）。
◆密码学的最新成果（如ECC椭圆曲线密码算法）并未在3G中得到应用。
◆密钥产生机制和认证协议有一定的安全隐患。
4、移动通信系统安全体系展望4.1 建立适合未来移动通信系统的安全体系结构模型3G系统的安全逻辑结构仍然参考了OSI模型，而OSI模型是网络参考模型，用它来分析安全机制未必是合适的。
随着移动技术与IP技术的融合、Ad hoc的广泛应用以及网络业务的快速发展，需要更系统的方法来研究移动通信系统的安全。
比如，网络安全体系结构模型应能体现网络的安全需求分析、实现的安全目标等。
4.2 由私钥密码体制向混合密码体制的转变未来移动通信系统中，将针对不同的安全特征与鉴权服务，采用私钥密码体制和公钥密码体制混合的体制，并充分利用这两种体制的优点。
随着未来移动电子商务的迅猛发展，如果采用私钥密码体制，虽然密钥短、算法简单，但对于密钥的传送和分配的安全性要求很高；采用公钥密码体制，参与交换的是公开钥，因而增加了私钥的安全性，并能同时满足数字加密和数字签名的需要，满足电子商务所要求的身份鉴别和数据的机密性、完整性、不可否认性。
因此，必须尽快建设无线公钥基础设施（WPKI），建设中国移动的以认证中心（CA）为核心的安全认证体系。
4.3 3G的整个安全体系向透明化发展3G的整个安全体系仍是建立在假定网络内部绝对安全的基础之上，当用户漫游时，核心网络之间假定相互信任，鉴权中心AUC依附于交换子系统。
事实上，随着移动通信标准化的发展，终端在不同运营商、甚至异种网络之间的漫游也会成为可能，因此，应增加核心网之间的安全认证机制。
特别是随着移动电子商务的广泛应用，更应尽量减少或避免网络内部人员的干预性。
未来的安全中心应独立于系统设备，具有开放的接口，能独立完成双向鉴权、端到端数据加密等安全功能，甚至对网络内部人员也是透明的。
