54、《突破GSM通信安全防线：全信道攻击解析》

《突破GSM通信安全防线：全信道攻击解析》

一、GSM与A5/2加密概述

GSM（全球移动通信系统）作为数字移动电话通信的首个标准，于20世纪80年代末问世。它为移动通信带来了加密安全机制，旨在达到与有线电话相当的安全水平，主要目的有两个：一是通过加密保护消息的机密性，二是通过认证保护网络免受未经授权的访问。到2008年，全球GSM连接数已达30亿。

GSM采用66个带有纠错编码的通信信道和1个无纠错编码的信道。每个信道的用途、承载的数据量和预处理技术各不相同，但预处理结果都会被发送到同一个加密单元，与信道类型无关。GSM使用四种加密算法：A5/0（无加密）、A5/1、A5/2和A5/3。由于出口限制，A5/2在欧洲部署。A5/1和A5/2的设计最初是保密的，但在1999年被逆向工程破解。2002年，A5/3被加入标准，它基于经过同行评审的分组密码KASUMI，设计已公开。

A5/2流密码以64位密钥K和22位初始化值f为输入，生成228位密钥流S。其内部结构由四个最大长度的线性反馈移位寄存器R1、R2、R3和R4组成，大小分别为19、22、23和17位。单个时钟操作可以通过与方阵L相乘来描述。

二、GSM通信流程

1. 数据预处理 ：原始通信数据在加密前会进行纠错和交织处理。纠错通过卷积编码器完成，每个GSM信道都有自己的编码器，将n位输入块转换为m位输出块。
2. 加密过程 ：使用帧号作为初始化值f，每个114位的帧通过A5/2进行加密。加密后的帧被传输，其表达式为：
   [
   \begin{bmatrix}