CN112040486A - 一种基于5gd2d业务的安全直连通信方法及终端 - Google Patents

一种基于5gd2d业务的安全直连通信方法及终端 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种基于5GD2D业务的安全直连通信方法及终端，其中，所述安全直连通信方法的主要原理是，第一终端获取目标终端的认证鉴权值，将获取的认证鉴权值与目标终端在认证服务器中存储的期望认证鉴权值比对，以此来确认目标终端的安全合法性，若第一终端认为目标终端安全合法，则可以发起D2D直连通信，否则不能与目标终端进行D2D直连通信。本发明通过获取目标终端的认证鉴权值，对目标终端的身份进行验证，可以有效防止恶意终端的仿造，提高D2D直连通信的安全性，提升用户体验。

Description

一种基于5GD2D业务的安全直连通信方法及终端
技术领域
本发明属于D2D通信技术领域，尤其涉及一种基于5GD2D业务的安全直连通信方法及终端。
背景技术
5G D2D(Device-to-Device)终端直通技术，指邻近的终端可以在近距离范围内通过直连通信的方式进行数据传输，而不需要通过基站的转发。 D2D技术由于本身的短距和直通优势，可以提高无线资源使用效率、扩展网络覆盖范围，因此在5G的建设中得到的大量的研究，未来D2D技术会应用到更多的场景中，提升用户的体验。
5G D2D技术会应用到混合组网中，在混合组网下，存在两种工作模式： 1.传统蜂窝通信模式；2.D2D终端之间的直通模式。在混合组网的网络中，终端必然存在通信模式的选择问题，即终端在什么情况下应该选择怎样的通信方式实现业务数据传输的问题。而且在D2D的通信技术中只要D2D终端之间相互发现即可以完成直通通信，那么通信终端的安全性需要考量，如果是恶意终端冒充会存在较大安全风险。因此在D2D的通信中多场景的模式切换选择以及安全问题值得广泛的研究。本文便是考虑通信的安全性给用户带来的困扰，提出了一种基于5GD2D业务的安全直连通信方法及终端。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于 5GD2D业务的安全直连通信方法及终端，旨在解决现有技术中终端直连通信的安全性的问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一方面，本发明提供一种基于5GD2D业务的安全直连通信方法，第一终端欲与目标终端建立D2D直连通信后；所述方法包括：
第一终端向目标终端发送获取目标终端认证鉴权值的请求消息；
若目标终端接收到并同意第一终端的请求消息，则将目标终端本机的认证鉴权值发送给第一终端；
第一终端通过目标终端的认证鉴权值确定目标终端的身份是否安全合法；
若第一终端确认目标终端的身份安全合法则发起D2D直连通信，否则不能与目标终端进行D2D直连通信。
对于本发明的改进，所述第一终端通过目标终端的认证鉴权值确定目标终端的身份是否安全合法包括：第一终端通过移动蜂窝网络将目标终端的认证鉴权值发送至5GC核心网网元AUSF进行目标终端的安全性确认，若目标终端发送给第一终端的认证鉴权值与目标终端在认证服务器中存储的期望认证鉴权值一致，则第一终端认为所述目标终端的身份是安全合法的，否则认为所述目标终端的身份是不安全的。
对于本发明的改进，在第一终端向目标终端发起D2D直连通信之前还包括：目标终端确认第一终端的身份是否安全合法。
对于本发明的改进，所述第一终端向目标终端发出的请求消息中携带有第一终端的认证鉴权值。
对于本发明的改进，若目标终端接收到并同意第一终端的请求消息，在将目标终端本机的认证鉴权值发送给第一终端的同时，将第一终端的认证鉴权值存储在目标终端本机。
对于本发明的改进，所述目标终端确认第一终端的身份是否安全合法是目标终端通过移动蜂窝网络将第一终端的认证鉴权值发送至5GC核心网网元AUSF进行第一终端的安全性确认，若目标终端接收到的第一终端的认证鉴权值与第一终端在认证服务器中存储的期望认证鉴权值一致，则目标终端认为所述第一终端的身份是安全合法的，否则认为所述第一终端的身份是不安全的。
另一方面，本发明还提供一种终端，所述终端包括：
发送单元，用于发送终端本机的认证鉴权值，以及获取目标终端认证鉴权值的请求消息；
接收单元，用于接收目标终端的认证鉴权值，并存储到终端本机；
辨别单元，用于辨别目标终端的身份是否安全合法；
连接单元，用于若目标终端的身份安全合法，则发起D2D直连通信，若目标终端的身份是不安全合法的，则不能与目标终端进行D2D直连通信。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提供的一种基于5GD2D业务的安全直连通信方法及终端，其中，所述安全直连通信方法的主要原理是，第一终端获取目标终端的认证鉴权值，将获取的认证鉴权值与目标终端在认证服务器中存储的期望认证鉴权值比对，以此来确认目标终端的安全合法性，若第一终端认为目标终端安全合法，则可以发起D2D直连通信，否则不能与目标终端进行D2D直连通信。本发明通过获取目标终端的认证鉴权值，对目标终端的身份进行验证，可以有效防止恶意终端的仿造，提高D2D直连通信的安全性，提升用户体验。
附图说明
图1为本发明中安全直连通信方法的流程示意框图；
图2为本发明中安全直连通信方法的实现时序图。
图3为本发明中一种终端的结构示意框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1和图2，图1和图2揭示的是一种基于5GD2D业务的安全直连通信方法，第一终端欲与目标终端建立D2D直连通信后；所述方法包括如下步骤：
S1、第一终端向目标终端发送获取目标终端认证鉴权值的请求消息；
S2、若目标终端接收到并同意第一终端的请求消息，则将目标终端本机的认证鉴权值发送给第一终端；
S3、第一终端通过目标终端的认证鉴权值确定目标终端的身份是否安全合法；
S4、若第一终端确认目标终端的身份安全合法则发起D2D直连通信，否则不能与目标终端进行D2D直连通信。
可以理解的是，第一终端(UE1)和目标终端(UE2)均具备接入5G 蜂窝网络的能力，且接入5G蜂窝网络；其中，5G AKA鉴权，该流程和现网5G AKA鉴权流程相同，具体可参考3GPP R15 TS33.501和TS33.102协议；其中，终端涉及的网元主要有AUSF和UDM。
AUSF：Authentication Server Function，认证服务器功能。负责用户从 5G 3GPP网络接入时的鉴权。AUSF应能服务网络请求提供鉴权参数，完成对终端的鉴权。
UDM：Unified Data Management，用户数据管理，主要负责统一的数据管理功能，基于存储于UDR中的用户数据：如用户标识、用户签约数据、鉴权数据等。也就是UMD可以生成终端用户的鉴权向量AV。
本发明的主要实现原理是，第一终端获取目标终端的认证鉴权值 (Resp-2)，第一终端获取目标终端的认证鉴权值后与目标终端在认证服务器中存储的期望认证鉴权值(XResp-2)进行比较，若目标终端发送给第一终端的认证鉴权值(Resp-2)与目标终端在认证服务器中存储的期望认证鉴权值(XResp-2)一致，则第一终端认为所述目标终端的身份是安全合法的，第一终端可以与目标终端进行D2D直连通信；若目标终端发送给第一终端的认证鉴权值与目标终端在认证服务器中存储的期望认证鉴权值不一致，则认为所述目标终端的身份是不安全的，第一终端不能与目标终端进行D2D 直连通信。本发明通过目标终端的认证鉴权值，对目标终端的身份进行验证，可以有效防止恶意终端的仿造，提高D2D直连通信的安全性，提升用户体验。
优选的，所述第一终端通过目标终端的认证鉴权值确定目标终端的身份是否安全合法包括：第一终端通过移动蜂窝网络将目标终端的认证鉴权值发送至5GC核心网网元AUSF进行目标终端的安全性确认，若目标终端发送给第一终端的认证鉴权值与目标终端在认证服务器中存储的期望认证鉴权值一致，则第一终端认为所述目标终端的身份是安全合法的，否则认为所述目标终端的身份是不安全的。
第一终端获取到目标终端的认证鉴权值后，第一终端通过第一终端所在的移动蜂窝网络将目标终端发送给第一终端的认证鉴权值(Resp-2)发送给5GC核心网网元AUSF进行目标终端的安全性确认，AUSF接收到该消息后，对目标终端的认证鉴权值和目标终端在认证服务器中存储的期望认证鉴权值(XResp-2)进行比较，若一致，则第一终端认为目标终端是安全合法的，AUSF向第一终端发送成功的消息，否则向第一终端回复失败的消息；若AUSF向第一终端发送的是成功的消息，则第一终端可以与目标终端进行 D2D直连通信，否则第一终端不能与目标终端进行D2D直连通信，只能通过其它方式与目标终端进行通信，如通过移动蜂窝网络完成通信。本发明巧妙地利用了蜂窝网络已有的响应鉴权向量来对目标终端进行再次的身份核实，仅增加一对信令开销，实现了D2D的安全通信，高效可行，提升用户使用的安全性。
优选的，在第一终端向目标终端发起D2D直连通信之前还包括：目标终端确认第一终端的身份是否安全合法。
可也理解的是，站在第一终端的位置上，第一终端认为自身是安全合法可信的，若第一终端要与目标终端进行安全的D2D通信，则需要验证目标终端的安全合法性；而站在目标终端的角度上，第一终端的安全合法性是未知的，同样，目标终端是需要对第一终端的安全合法性进行验证的。
优选的，在所述步骤S1中，所述第一终端向目标终端发出的请求消息中携带有第一终端的认证鉴权值(Resp-1)。
目标终端同样可通过第一终端的认证鉴权值对第一终端的安全性进行验证。
优选的，在所述步骤S2中，若目标终端接收到并同意第一终端的请求消息，在将目标终端本机的认证鉴权值(Resp-2)发送给第一终端的同时，将第一终端的认证鉴权值(Resp-1)存储在目标终端本机。
优选的，所述目标终端确认第一终端的身份是否安全合法是目标终端通过移动蜂窝网络将第一终端的认证鉴权值(Resp-1)发送至5GC核心网网元AUSF进行第一终端的安全性确认，若目标终端接收到的第一终端的认证鉴权值与第一终端在认证服务器中存储的期望认证鉴权值(XResp-1)一致，则目标终端认为所述第一终端的身份是安全合法的，否则认为所述第一终端的身份是不安全的。
第一终端获取到目标终端的认证鉴权值后，第一终端通过第一终端所在的移动蜂窝网络将目标终端发送给第一终端的认证鉴权值(Resp-2)发送给5GC核心网网元AUSF进行目标终端的安全性确认，AUSF接收到该消息后，对目标终端的认证鉴权值和目标终端在认证服务器中存储的期望认证鉴权值(XResp-2)进行比较，若一致，则第一终端认为目标终端是安全合法的，AUSF向第一终端发送成功的消息，否则向第一终端回复失败的消息；若AUSF向第一终端发送的是成功的消息，则第一终端可以与目标终端进行 D2D直连通信，否则第一终端不能与目标终端进行D2D直连通信，只能通过其它方式与目标终端进行通信，如通过移动蜂窝网络完成通信。
目标终端接收到第一终端的认证鉴权值后，目标终端通过目标终端所在的移动蜂窝网络将第一终端发送给目标终端的认证鉴权值(Resp-1)发送给5GC核心网网元AUSF进行第一终端的安全性确认，AUSF接收到该消息后，对第一终端的认证鉴权值(Resp-1)和第一终端在认证服务器中存储的期望认证鉴权值(XResp-1)进行比较，若一致，则目标终端认为第一终端是安全合法的，AUSF向目标终端发送成功的消息，否则向目标终端回复失败的消息；若AUSF向目标终端发送的是成功的消息，则目标终端可以与第一终端进行D2D直连通信，否则目标终端不能与第一终端进行D2D直连通信，只能通过其它方式与第一终端进行通信，如通过移动蜂窝网络完成通信。
需要说明的是，AKA认证鉴权的过程还涉及拜访域中间网元，如AMF， SEAP等，在本发明中使用用AUSF来代替，可以根据具体网络部署，针对各网元中增加本发明中的获取对方终端的响应鉴权向量和对比对方终端的响应鉴权向量，以及确认对方终端是否安全合法可信，并将是否安全合法可信通过返回的OK消息发送给双方终端。
需要说明的是，期望认证鉴权值(Xresp)是指：SIM卡中和核心网认证服务器中都存储了该用户认证鉴权的跟秘钥(key)。认证服务器会生成随机数，并使用秘钥(key)通过特定算法生成期望认证鉴权值(Xresp)存储在核心网，在认证过程中核心网会将随机数发给终端，终端将随机数再发给SIM卡，SIM卡使用自己存储的根秘钥(key)并使用和核心网同样的特定算法生成认证鉴权值(Resp)，终端会将Resp发送给核心网，核心网会比较自己收到的认证鉴权值(Resp)和本地存储的期望认证鉴权值(Xresp) 是否一致，如一致，则鉴权能通过，否则不通过。
上述的认证过程是在终端注册网络时发生的，那么在终端侧会存储认证鉴权值(Resp)和在核心网会存储期望认证鉴权值(Xresp)，因此D2D 通信终端相互交互认证鉴权值(Resp)，通过网络发送到核心网确认对方终端的身份是否合法。
可以理解的是，若第一终端欲与目标终端建立D2D直连通信，不仅需要第一终端认为目标终端是安全合法的，还需要目标终端认为第一终端是安全合法的。如此才能保证双方终端建立D2D直连通信的安全性。
欲D2D直连通信的双方终端巧妙地利用了蜂窝网络已有的响应鉴权向量来对对方终端进行再次的身份核实，仅增加一对信令开销，实现了D2D 的安全通信，高效可行，提升用户使用的安全性。
参见图3，另一方面，本发明还提供一种终端，所述终端包括：
发送单元10，用于发送终端本机的认证鉴权值，以及获取目标终端认证鉴权值的请求消息；
接收单元20，用于接收目标终端的认证鉴权值，并存储到终端本机；
辨别单元30，用于辨别目标终端的身份是否安全合法；
连接单元40，用于若目标终端的身份安全合法，则发起D2D直连通信，若目标终端的身份是不安全合法的，则不能与目标终端进行D2D直连通信。
终端(UE1)获取到目标终端(UE2)的认证鉴权值后，终端通过终端所在的移动蜂窝网络将目标终端的响应鉴权向量发送给5GC核心网网元 AUSF进行目标终端的安全性确认，AUSF接收到该消息后，对目标终端的认证鉴权值和和目标终端在认证服务器中存储的期望认证鉴权值进行比较，若一致，则终端(UE1)认为目标终端是合法安全的，AUSF向终端发送成功的消息，否则向终端回复失败的消息；若AUSF向终端发送的是成功的消息，则终端可以与目标终端进行D2D直连通信，否则终端不能与目标终端进行D2D直连通信，只能通过其它方式与目标终端进行通信，如通过移动蜂窝网络完成通信。
站在终端的位置上，终端认为自身是安全合法可信的，若终端要与目标终端进行安全的D2D通信，则需要验证目标终端的安全合法性；而站在目标终端的角度上，终端(UE1)的安全合法性是未知的，同样，目标终端是需要对终端的安全合法性进行验证的。
所述终端(UE1)向目标终端(UE2)发出的请求消息中携带有终端(UE1) 的认证鉴权值。目标终端同样可通过终端的认证鉴权值对终端的安全性进行验证。若目标终端同意接受终端的请求消息，在将目标终端本机的认证鉴权值发送给终端的同时，将终端的认证鉴权值存储在目标终端本机；目标终端获取对方终端的认证鉴权值后，对对方终端的安全合法性验证与终端对目标终端的安全性验证步骤相同。
欲D2D直连通信的双方终端(UE1、UE2)巧妙地利用了蜂窝网络已有的响应鉴权向量来对对方终端进行再次的身份核实，仅增加一对信令开销，实现了D2D的安全通信，高效可行，提升用户使用的安全性。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于5GD2D业务的安全直连通信方法，其特征在于，第一终端欲与目标终端建立D2D直连通信后；所述方法包括：
第一终端向目标终端发送获取目标终端认证鉴权值的请求消息；
若目标终端接收到并同意第一终端的请求消息，则将目标终端本机的认证鉴权值发送给第一终端；
第一终端通过目标终端的认证鉴权值确定目标终端的身份是否安全合法；
若第一终端确认目标终端的身份安全合法则发起D2D直连通信，否则不能与目标终端进行D2D直连通信。
2.根据权利要求1所述的安全直连通信方法，其特征在于，所述第一终端通过目标终端的认证鉴权值确定目标终端的身份是否安全合法包括：第一终端通过移动蜂窝网络将目标终端的认证鉴权值发送至5GC核心网网元AUSF进行目标终端的安全性确认，若目标终端发送给第一终端的认证鉴权值与目标终端在认证服务器中存储的期望认证鉴权值一致，则第一终端认为所述目标终端的身份是安全合法的，否则认为所述目标终端的身份是不安全的。
3.根据权利要求1所述的安全直连通信方法，其特征在于，在第一终端向目标终端发起D2D直连通信之前还包括：目标终端确认第一终端的身份是否安全合法。
4.根据权利要求3所述的安全直连通信方法，其特征在于，所述第一终端向目标终端发出的请求消息中携带有第一终端的认证鉴权值。
5.根据权利要求4所述的安全直连通信方法，其特征在于，若目标终端接收到并同意第一终端的请求消息，在将目标终端本机的认证鉴权值发送给第一终端的同时，将第一终端的认证鉴权值存储在目标终端本机。
6.根据权利要求5所述的安全直连通信方法，其特征在于，所述目标终端确认第一终端的身份是否安全合法是目标终端通过移动蜂窝网络将第一终端的认证鉴权值发送至5GC核心网网元AUSF进行第一终端的安全性确认，若目标终端接收到的第一终端的认证鉴权值与第一终端在认证服务器中存储的期望认证鉴权值一致，则目标终端认为所述第一终端的身份是安全合法的，否则认为所述第一终端的身份是不安全的。
7.一种终端，其特征在于，所述终端包括：
发送单元，用于发送终端本机的认证鉴权值，以及获取目标终端认证鉴权值的请求消息；
接收单元，用于接收目标终端的认证鉴权值，并存储到终端本机；
辨别单元，用于辨别目标终端的身份是否安全合法；
连接单元，用于若目标终端的身份安全合法，则发起D2D直连通信，若目标终端的身份是不安全合法的，则不能与目标终端进行D2D直连通信。
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