26、基于区块链的5G蜂窝网络快速重新认证方案

基于区块链的5G蜂窝网络快速重新认证方案

1 5G切换机制概述

在5G网络中，切换机制涉及四个实体：用户设备（UE）、源基站（S - gNB）、目标基站（T - gNB）和接入与移动性管理功能（AMF）。当UE从一个基站（S - gNB）的覆盖区域移动到相邻基站（T - gNB）的覆盖区域时，就会发生切换。切换可以在同一个AMF内发生（Xn - 切换，即内切换），也可以在不同AMF之间发生（N2 - 切换，即间切换），切换基于信号强度在相邻的gNB之间进行，且UE只能移动到S - gNB的相邻gNB。

2 5G切换面临的问题

5G蜂窝网络中的小小区覆盖区域有限，用户在小区间移动时需要频繁切换。切换过程涉及S - gNB、UE、T - gNB和AMF，当UE从S - gNB的覆盖区域转移到T - gNB时，会进行切换认证。为了实现UE的无缝移动，认证过程应快速高效，同时需要降低通信和计算开销。此外，5G蜂窝网络切换认证机制还存在一些安全漏洞，如失同步攻击、密钥泄露、前向保密性、后向保密性等，且相关技术规范也未明确说明如何保障各实体间的通信安全。

3 相关工作分析

为了改进5G切换过程，许多研究人员提出了不同的方案：
- Nyangaresi等人 ：提出了一种5G密钥管理和切换协议，使用人工神经网络 - 模糊逻辑（ANN - FL）技术选择目标基站，但该协议易受明文攻击和假冒攻击。
- Yan等人 ：使用中国剩余定理提出了一种切换认证协议，相邻gNB有AMF分配的预共享密钥，但该方案易受中间人攻击、后向保密性和匿名性问题的影响。
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