Methods for ensuring data security in mobile standards

• Autorzy: Moroz Serhii , Tkachuk Anatolii , Khvyshchun Mykola , Prystupa Stanislav , Yevsiuk Mykola

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.2877

Warianty tytułu

PL

Metody zapewnienia bezpieczeństwa danych w standardach mobilnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The analysis of mobile communication standards is carried out, the functional structure and interfaces of interaction between the structural elements of the cellular network are considered. To understand the principle of communication according to the GSM standard, a block diagram of a mobile switching center (MSC), base station equipment (BSS), control and service center (MCC), mobile stations (MS) is presented. The main algorithms for ensuring the confidentiality and security of mobile subscribers' data, in different types of standards, as well as the vulnerabilities of information flows are considered. In particular, the following dangerous types of attacks have been identified, to which mobile network subscribers are sensitive: sniffing; leakage of personal data; leakage of geolocation data; spoofing; remote capture of SIM-card, execution of arbitrary code (RCE); denial of service (DoS). It is established that the necessary function of the mobile network is the identification of subscribers, which is performed by IMSI, which is recorded in the SIM card of the subscriber and the HLR of the operator. To protect against spoofing, the network authenticates the subscriber before starting its service. In the case of subscriber identification, the subscriber and the network operator are protected from the effects of fraudulent access. In addition, the user must be protected from eavesdropping. This is achieved by encrypting the data transmitted over the radio interface. Thus, user authentication in UMTS, as well as in the GSM network, is carried out using encryption with a common key using the "hack-response" protocol (the authenticating party sends a random number to the authenticated party, which encrypts it according to a certain algorithm using a common key and returns the result back).

Przeprowadzana jest analiza standardów komunikacji mobilnej, rozważana jest struktura funkcjonalna i interfejsy interakcji między elementami strukturalnymi sieci komórkowej. Aby zrozumieć zasadę komunikacji w standardzie GSM, przedstawiono schemat blokowy centrali ruchomej (MSC), wyposażenia stacji bazowej (BSS), centrum sterowania i obsługi (MCC), stacji ruchomych (MS). Rozważane są główne algorytmy zapewniające poufność i bezpieczeństwo danych abonentów telefonii komórkowej w różnych typach standardów, a także podatności na przepływ informacji. W szczególności zidentyfikowano następujące niebezpieczne rodzaje ataków, na które podatni są abonenci sieci komórkowych: sniffing; wyciek danych osobowych; wyciek danych geolokalizacyjnych; podszywanie się; zdalne przechwytywanie karty SIM, wykonanie dowolnego kodu (RCE); odmowa usługi (DoS). Ustalono, że niezbędną funkcją sieci komórkowej jest identyfikacja abonentów, która jest realizowana przez IMSI, która jest zapisywana na karcie SIM abonenta i HLR operatora. Aby zabezpieczyć się przed podszywaniem się, sieć uwierzytelnia subskrybenta przed uruchomieniem usługi. W przypadku identyfikacji abonenta, abonent i operator sieci są chronieni przed skutkami nieuprawnionego dostępu. Ponadto użytkownik musi być chroniony przed podsłuchem. Osiąga się to poprzez szyfrowanie danych przesyłanych przez interfejs radiowy. Tak więc uwierzytelnianie użytkownika w UMTS, jak również w sieci GSM, odbywa się z wykorzystaniem szyfrowania wspólnym kluczem z wykorzystaniem protokołu „hack-response” (strona uwierzytelniająca wysyła do strony uwierzytelnianej losową liczbę, która ją szyfruje zgodnie z określnym algorytmem używając wspólnego klucza i zwraca wynik).

Słowa kluczowe

EN

mobile communication; radio communication equipment; encryption; authentication

PL

komunikacja mobilna; sprzęt radiokomunikacyjny; szyfrowanie; uwierzytelnianie

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2022
• Tom: T. 12, nr 1
• Strony: 4--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., wykr.

Twórcy

autor

Moroz Serhii

• Lutsk National Technical University, Faculty of Computer and Information Technologies, Department of Electronics and Telecommunications, Lutsk, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-4677-5170

autor

Tkachuk Anatolii

• Lutsk National Technical University, Faculty of Computer and Information Technologies, Department of Electronics and Telecommunications, Lutsk, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0001-9085-7777

autor

Khvyshchun Mykola

• Lutsk National Technical University, Faculty of Computer and Information Technologies, Department of Electronics and Telecommunications, Lutsk, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-3918-4527

autor

Prystupa Stanislav

• Lutsk National Technical University, Faculty of Computer and Information Technologies, Department of Electronics and Telecommunications, Lutsk, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-3705-1541

autor

Yevsiuk Mykola

• Lutsk National Technical University, Faculty of Computer and Information Technologies, Department of Electronics and Telecommunications, Lutsk, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-3768-8959

Bibliografia

• [1] Al-Tawil K., Akrami A.: A new authentication protocol for roaming users in GSM networks. Proceedings IEEE International Symposium on Computers and Communications (Cat. No. PR00250) 1999, 93–99, [http://doi.org/10.1109/ISCC.1999.780775].
• [2] Bakhovskyy P. et al.: Stages of the Virtual Technical Functions Concept Networks Development. D. Cagáˇnová et al. (eds.), Advances in Industrial Internet of Things, Engineering and Management. EAI, Springer Innovations in Communication and Computing, 2021, 119–135 [http://doi.org/10.1007/978-3-030-69705-1_7].
• [3] Cai Y. et al.: Modulation and Multiple Access for 5G Networks. IEEE Communications Surveys & Tutorials 20(1), 2018, 629–646, [http://doi.org/10.1109/COMST.2017.2766698].
• [4] Chen W. et al.: NFC Mobile Transactions and Authentication Based on GSM Network. Second International Workshop on Near Field Communication, 2010, 83–89, [http://doi.org/10.1109/NFC.2010.15].
• [5] Deng L. et al.: Mobile network intrusion detection for IoT system based on transfer learning algorithm. Cluster Comput 22, 2019, 9889–9904 [http://doi.org/10.1007/s10586-018-1847-2].
• [6] Gupta A., Jha R. K.: A Survey of 5G Network: Architecture and Emerging Technologies. IEEE Access 3, 2015, 1206–1232, [http://doi.org/10.1109/ACCESS.2015.2461602].
• [7] Hongfeng Z. et al.: A Novel and Provable Authenticated Key Agreement Protocol with Privacy Protection Based on Chaotic Maps towards Mobile Network. International Journal of Network Security 18(1), 2016, 116–123.
• [8] Melnyk V. et al.: Design and implementation of interdomain communication mechanism for high performance data processing. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies 1(9), 2016, 10–15, [http://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.60629].
• [9] Melnyk V. et al.: Implementation of the simplified communication mechanism in the cloud of high performance computations. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies 2(86), 2017, 24–32, [http://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.98896].
• [10] Pekh P. et al.: Generators of Some Kinds Random Erlang Numbers and Estimation of Their Complexity. 10th International Conference on Advanced Computer Information Technologies, ACIT 2020, 306–310, [http://doi.org/10.1109/ACIT49673.2020.9208831].
• [11] Pham Q. et al.: A Survey of Multi-Access Edge Computing in 5G and Beyond: Fundamentals, Technology Integration, and State-of-the-Art. IEEE Access 8, 2020, 116974–117017, [http://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3001277].
• [12] Ren Y. et al.: Dynamic Auto Scaling Algorithm (DASA) for 5G Mobile Networks. 2016 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), 2016, 1–6, [http://doi.org/10.1109/GLOCOM.2016.7841759].
• [13] Růzičková M. et al.: The estimation of the dynamics of indirect control switching systems. Tatra Mountains Mathematical Publications 48(1), 2011, 197–213, [http://doi.org/10.2478/v10127-011-0018-0].
• [14] Saad W. et al.: A Vision of 6G Wireless Systems: Applications, Trends, Technologies, and Open Research Problems. IEEE Network 34(3), 2020, 134–142, [http://doi.org/10.1109/MNET.001.1900287].
• [15] Satsyk, V. et al.: Reduction of Server Load by Means of CMS Drupal. 10th International Conference on Advanced Computer Information Technologies ACIT 2020, 523–528, [http://doi.org/10.1109/ACIT49673.2020.9208874].
• [16] Shafi M. et al.: 5G: A Tutorial Overview of Standards, Trials, Challenges, Deployment, and Practice. IEEE Journal on Selected Areas in Communications 35(6), 2017, 1201–1221, [http://doi.org/10.1109/JSAC.2017.2692307].
• [17] Tkachuk A. et al.: Basic Stations Work Optimization in Cellular Communication Network. D. Cagánová et al. (eds.), Advances in Industrial Internet of Things, Engineering and Management. EAI, Springer Innovations in Communication and Computing 2021, 1–19 [http://doi.org/10.1007/978-3-030-69705-1_1].
• [18] Toroshanko Y. et al.: Control of Traffic Streams with the Multi-Rate Token Bucket. International Conference on Advanced Information and Communications Technologies – AICT 2019, 352–355, [http://doi.org/10.1109/AIACT.2019.8847860].
• [19] Wu L., Lin Y.: Authentication Vector Management for UMTS. IEEE Transactions on Wireless Communications 6(11), 2007, 4101–4107, [http://doi.org/10.1109/TWC.2007.060245].
• [20] Xu L. et al.: A Comprehensive Operation and Revenue Analysis Algorithm for LTE/5G Wireless System Based on Telecom Operator Data. IEEE SmartWorld, Ubiquitous Intelligence & Computing, Advanced & Trusted Computing, Scalable Computing & Communications, Cloud & Big Data Computing, Internet of People and Smart City Innovation, 2019, 1521–1524, [http://doi.org/10.1109/SmartWorld-UIC-ATC-SCALCOM-IOP-SCI.2019.00274].
• [21] Zhang Y., Fujise M.: An improvement for authentication protocol in third-generation wireless networks. IEEE Transactions on Wireless Communications 5(9), 2006, 2348–2352, [ http://doi.org/10.1109/TWC.2006.1687756].

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).