[論文レビュー] EPS Confidentiality and Integrity mechanisms Algorithmic Approach

Ghizlane Orhanou, Saïd El Hajji+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2011

Cryptographic Implementations and Security参考文献 9被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、3GPPが定めたテストベクトルに基づいて、厳密にテストされたAESを基盤とするEPS機密性（EEA2）および整合性（EIA2）アルゴリズムのC言語実装を提示している。本研究は、3GPP規格への適合性と正しさを検証し、LTEシステムにおけるこれらの暗号メカニズムの機能的かつ安全な展開を示している。

ABSTRACT

The Long Term Evolution of UMTS is one of the latest steps in an advancing series of mobile telecommunications systems. Many articles have already been published on the LTE subject but these publications have viewed the subject from particular perspectives. In the present paper, a different approach has been taken. We are interested in the security features and the cryptographic algorithms used to ensure confidentiality and integrity of the transmitted data. A closer look is taken to the two EPS confidentiality and integrity algorithms based on the block cipher algorithm AES: the confidentiality algorithm EEA2 and the integrity algorithm EIA2. Furthermore, we focused on the implementation of both algorithms in C language in respect to the specifications requirements. We have tested our implementations according to the testsets given by the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) implementation document. Some examples of the implementation tests are presented bellow.

研究の動機と目的

• 3GPP仕様に準拠したEIA2およびEEA2アルゴリズムをC言語で実装すること。
• 公式の3GPPテストベクトルを用いて実装の正しさを検証すること。
• 安全なLTE通信を支援するEEA2およびEIA2のリファレンス実装を提供すること。
• 標準化された条件下でのEEA2およびEIA2の暗号的挙動を分析し、実証すること。

提案手法

• データ暗号化にAESのカウンタモード（CTR）を用いたEEA2機密性アルゴリズムの実装。
• メッセージ認証にAES-CMAC（暗号ベースメッセージ認証コード）を用いたEIA2整合性アルゴリズムの実装。
• 入力パラメータ、鍵スケジューリング、出力生成に関して3GPP技術的規格に準拠すること。
• 両方のEEA2およびEIA2実装の正しさを検証するため、標準化された3GPPテストセットの使用。
• 複数のシナリオにわたる機能的正しさの検証を目的とした、C実装へのテストケース統合。
• 3GPP実装文書で定義された期待される出力と一致することを確認するため、テストベクトルの実行。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3GPP仕様に準拠するため、EIA2機密性アルゴリズムをC言語で正しく実装する方法は何か？
• RQ2 3GPP規格準拠の方法で、AES-CMACを用いたEIA2整合性アルゴリズムの正しく実装するアプローチは何か？
• RQ3 公式の3GPPテストベクトルに対して検証された場合、実装されたEEA2およびEIA2アルゴリズムの性能はいかがなものか？
• RQ4 3GPPで指定された暗号的挙動をCコードにマッピングする際の主な実装上の課題は何か？

主な発見

• EEA2のC実装は、AES-CTRモードを用いて正しくデータを暗号化し、3GPPテストベクトルと一致する出力を生成した。
• EIA2の実装は、AES-CMACを用いてMACを正しく生成し、すべてのテストケースで一貫性のある結果を示した。
• 3GPP実装文書に記載されたすべてのテストベクトルが、EEA2およびEIA2の両方の実装で正常に通過した。
• 実装は、EPSセキュリティメカニズムの3GPP規格への適合性および機能的正しさを示した。