AKA認證初探

DreamerJ發表於2018-07-23

       近期工作中遇到了有關SIP AKA認證的相應協議規範，目前在IMS中已得到應用支援，本文主要是希望探索一下AKA認證的具體機制，以及相應演算法。為簡便起見，暫時先拋開IMS內部架構，從引數著手分析AKA認證。

       AKA認證主要還是基於DIGEST認證方式，在此基礎上加入了對稱加密機制。先簡單看一下AKA的流程圖與信令：

    如圖所示，AKA認證流程與DIGEST認證流程一致，引數MS新增了RAND和AUTN，加下來看一下具體的信令：

1) Initial request
   REGISTER sip:home.mobile.biz SIP/2.0
2）Response containing a challenge
   SIP/2.0 401 Unauthorized
   WWW-Authenticate: Digest
              realm="RoamingUsers@mobile.biz",
              nonce="CjPk9mRqNuT25eRkajM09uTl9nM09uTl9nMz5OX25PZz==",
              qop="auth,auth-int",
              opaque="5ccc069c403ebaf9f0171e9517f40e41",
              algorithm=AKAv1-MD5
3）REGISTER sip:home.mobile.biz SIP/2.0
   Authorization: Digest
              username="jon.dough@mobile.biz",
              realm="RoamingUsers@mobile.biz",
              nonce="CjPk9mRqNuT25eRkajM09uTl9nM09uTl9nMz5OX25PZz==",
              uri="sip:home.mobile.biz",
              qop=auth-int,
              nc=00000001,
              cnonce="0a4f113b",
              response="6629fae49393a05397450978507c4ef1",
              opaque="5ccc069c403ebaf9f0171e9517f40e41"
4）SIP/2.0 200 OK
   Authentication-Info:
              qop=auth-int,
              rspauth="6629fae49393a05397450978507c4ef1",
              cnonce="0a4f113b",
              nc=00000001

       熟悉SIP DIGEST的會發現，參數列面上看，除了algorithm指定為AKAv1-MD5之外，沒有什麼區別，那RAND和AUTN引數跑哪兒去了呢？AKA認證耍了個花招，儘量相容DIGEST，他將RAND(128位)和AUTN(128位)引數進行BASE64編碼後放置在了nonce引數中進行傳遞，如下圖所示：

     RAND為伺服器端生成的128位隨機值，AUTN的生成演算法如下圖所示：

      AUTN的解析演算法如下：

      至於f1-f5演算法通常採用Milenage演算法，具體不在此贅述，此處解析之後，終端將會得到RES引數，然而此RES引數並非DIGEST認證中Authorization頭域的response引數，而是使用RES作為DIGEST認證時的金鑰，從而生成最終的response引數。

       至此，AKA認證流程基本完成，CK和IK引數是作為IPSec SA的加密金鑰以及完整性金鑰，有興趣的可以翻閱相應的IMS文件。總的說來AKA認證較DIGEST認證更為安全可靠：

  1. 實現了雙向認證：伺服器對UE的認證是通過RES實現的：如果UE合法，它能夠正確地計算出RES，且RES等於XRES；UE對伺服器的認證是通過MAC實現的：UE計算期望的訊息認證碼(XMAC)，如果MAC和XMAC一致，則認證成功；
  2. 每次使用的MAC是由不斷遞增的SQN作為輸入變數之一，從而確保了金鑰的新鮮性，有效地防止了重放攻擊；
  3. 這種機制更利於將伺服器分離成認證伺服器與鑑權伺服器，認證伺服器收到請求後，請求鑑權伺服器生成AUTN、RAND等健全資訊從而進行認證，而鑑權伺服器也無需將密碼等資訊透露給認證伺服器。

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