4G安全機制簡介文字內容計算機學院文字內容4G：第四代移動通信系統標準指的是第四代移動通信技術,外語縮寫4G。4G是集3G與WLAN于一體,有著不可比擬的優越性。

安全機制：保證合法用戶得到合法安全的服務，防止非法用戶或合法用戶越權使用和破壞網絡資源。4G安全機制簡介4G定義※目前4G的標準TD-LTE、FDD-LTE。※4G可稱為寬帶接入和分布網絡、具有非對稱的超過2Mb/s的數據傳輸能力。它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網、移動寬帶系統

和交互式廣播網絡，是集成多功能的寬帶移動通信系統，是寬帶接入IP系統的異構網絡。上行:100Mbps下行:20Mbps(移動中)。4G網絡架構4G網絡將不同的固定和無線平臺及跨越不同頻帶的無線網絡連接起來，提供一致性和無縫的移動計算環境，并支持高速移動環境下高速數據c傳輸能力，可實現語音，數據和圖像的高質量傳輸。4G網絡結構體系4G關鍵技術4G國際標準TD-LTE-ALTE中的流密碼算法ZUC12TD-LTE-A簡介TD-LTE-Advanced是中國繼TD-SCDMA之后，提出的具有自主知識產權的新一代移動通信技術。它吸納了TD-SCDMA的主要技術元素，體現了我國通信產業界在寬帶無線移動通信領域的最新自主創新成果。TD-LTE-A發展與演進

2004年，中國在標準化組織3GPP提出了第三代移動通信TD-SCDMA的后續演進技術TD-LTE，主導完成了相關技術標準。

2007年，按照“新一代寬帶無線移動通信網”重大專項的要求，中國政府面向國內組織開展了4G技術方案征集遴選。經過2年多的攻關研究，對多種技術方案進行分析評估和試驗驗證，最終中國產業界達成共識，在TD-LTE基礎上形成了TD-LTE-Advanced技術方案。

2012年伊始，由我國主導制定的、大唐電信集團提出的TD-LTE-Advanced（即“TD-LTE-A”）被國際電信聯盟確定成為4G國際標準，正式成為兩大4G國際標準之一。TD-LTE-A技術優勢

作為未來全球主流的移動通信技術標準，TD-LTE-A的技術優勢體現在速率、時延和頻譜利用率等多個領域，使得運營商能夠在有限的頻譜帶寬資源上具備更強大的業務提供能力。TD-LTE-A技術特點2.幀結構TD-LTE采用如圖所示無線幀結構，無線幀長度是10ms，分為10個長度為1ms的子幀作為數據調度和傳輸的單位(即TTI)。其中，子幀#1和#6可配置為特殊子幀，該子幀包含3個特殊時隙：DwPTS、GP和UpPTS，含義和功能與TD-SCDMA系統相類似。1.多址方式TD-LTE采用OFDM技術為基礎，下行采用OFDMA，而上行根據鏈路特點采用單載波DFT-SOFDM作為多址方式。根據OFDM技術采用子載波分配的特點，系統采用15KHz的子載波帶寬，按照不同的子載波數目，可以支持1.4、3、5、10、15和20MHz各種不同的系統帶寬。在LTE-Advanced中，還可通過載波聚合的方式，聚合5個20MHz的單元載波，實現100MHz的全系統帶寬。TD-LTE-A影響2012年1月18日這天，“中國創造”的TD—LTE—A被國際電信聯盟確定成為第四代移動通信(下稱“4G”)國際標準，與FDD-LTE-Advanced并列為4G國際標準，使得我國首次在4G移動通信標準這一前沿實現了從“追趕”到“引領”的重大跨越。TD-LTE-A未來的國際化將為我國本土企業帶來前所未有的市場商機，將為我國企業由傳統的產品出口向擁有自主技術的產品和服務以及投資輸出轉型打下基礎，促進我國出口結構的調整，推動我國實現“中國制造”向“中國創造”的轉型。ZUC算法介紹

ZUC算法，即祖沖之算法，是中國通信協會推薦給3GPPLTE使用的新算法，是LTE算法的核心。由ZUC定義的LTE加密算法，稱為128-EEA3，由ZUC定義的LTE完整性保護算法，稱為128-EIA3。ZUC算法整體架構

ZUC具有3個邏輯層，最上層是一個具有16階段的線性反饋移位寄存器（LFSR），中層是一個比特混淆器，最下層是一個非線性函數F。ZUC算法三層架構--LFSR

1.LFSR

LFSR有16個31bit的單元(s0,s1,...s15），每個單元Si的輸入在集合{1,2,3，...，231-1}中。LFSR具有2個操作模式：初始化模式和工作模式。

ZUC算法三層架構--LFSR

LFSR初始化模式

初始化模式中，LFSR的輸入是31bit的字u，該字來自于非線性函數F的32bit的輸出W，將W的最右一個比特去掉，即u=W>>1。具體而言，初始化模式為：

ZUC算法三層架構--LFSR

LFSR工作模式

工作模式下，LFSR沒有輸入，計算方法如下：

ZUC算法三層架構--BR

2.BR中間層的運算是BR，它從LFSR的單元中提取128bits，形成4個32bit字，前3個字用于最下層的非線性函數F，最后一個字用于生成密鑰流。令Lets0,s2,s5,s7,s9,s11,s14,s15是LFSR的8個單元，那么BR如下生成4個32bit字X0,X1,X2,X3：ZUC算法三層架構--非線性函數F3.非線性函數F非線性函數F有2個32bit存儲單元R1和R2。令F的輸入是X0,X1和X-2，即BR操作的輸出，F輸出一個32bit字W。如下：PS：

S是32位輸入，32位輸出。其實由4個并列8x8的S盒組成，即S=(S0,S1,S2,S3)，其中S0=S2,S1=S3，即實際上定義了2個輸入輸出表S0，S1。線性變換L1和L2輸入是32bit字，輸出是32bit字。ZUC算法原理ZUC是一個面向字的流密碼算法。輸入是128bit的初始密鑰和一個128bit的初始向量，輸出是一個32bit的密鑰流。密鑰流可用于對信息進行加密/解密．

ZUC的執行分為兩個階段：初始化階段和工作階段。在第一階段，密鑰和初始向量進行初始化，即不產生輸出。第二個階段是工作階段，在這個階段，每一個時鐘脈沖產生一個32比特的密鑰輸出。ZUC算法實現過程

算法的執行過程主要有四個步驟:（1）密鑰加載（2）初始化階段（3）工作階段（4）密鑰流產生階段ZUC算法實現過程（1）密鑰加載階段：

在密鑰加載階段,將128位的初始密鑰和128位的初始化向量載入LFSR,同時令32bit的存儲單元R1和R2全為0。ZUC算法實現過程（2）初始化階段在初始化階段，執行下面的操作32次：1、Bitreorganization()；2、W=F（X0,X1,X2)；3、LFSRWithInitialisationMode(w>>1)ZUC算法實現過程（3）工作階段在工作階段,算法執行下面的操作1次,并棄掉F的輸出W：1、Bitreorganization()；2、w=F（X0,X1,X2)；3、LFSRWithWorkMode().ZUC算法實現過程（4）密鑰流產生階段

在密鑰流產生階段,每次迭代執行以下操作1次,Z是一個32位的輸出：1、Bitreorganization()；