論文の概要: Active Attack Resilience in 5G: A New Take on Authentication and Key Agreement
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.17491v2
- Date: Mon, 28 Jul 2025 04:24:08 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-29 12:09:50.616925
- Title: Active Attack Resilience in 5G: A New Take on Authentication and Key Agreement
- Title（参考訳）: 5Gにおけるアクティブアタックレジリエンス - 認証とキーアグリーメントの新たな取組み
- Authors: Nazatul H. Sultan, Xinlong Guan, Josef Pieprzyk, Wei Ni, Sharif Abuadbba, Hajime Suzuki,
- Abstract要約: 5G-AKAプロトコルは、現在の5Gデプロイメントにおける認証の中心である。
5G-AKAはセキュリティとパフォーマンスの両方に制限がある。
本稿では,5G-akaの設計に基づく認証プロトコルを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.49434164633215
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: As 5G networks expand into critical infrastructure, secure and efficient user authentication is more important than ever. The 5G-AKA protocol, standardized by 3GPP in TS 33.501, is central to authentication in current 5G deployments. It provides mutual authentication, user privacy, and key secrecy. However, despite its adoption, 5G-AKA has known limitations in both security and performance. While it focuses on protecting privacy against passive attackers, recent studies show its vulnerabilities to active attacks. It also relies on a sequence number mechanism to prevent replay attacks, requiring perfect synchronization between the device and the core network. This stateful design adds complexity, causes desynchronization, and incurs extra communication overhead. More critically, 5G-AKA lacks Perfect Forward Secrecy (PFS), exposing past communications if long-term keys are compromised-an increasing concern amid sophisticated threats. This paper proposes an enhanced authentication protocol that builds on 5G-AKA's design while addressing its shortcomings. First, we introduce a stateless version that removes sequence number reliance, reducing complexity while staying compatible with existing SIM cards and infrastructure. We then extend this design to add PFS with minimal cryptographic overhead. Both protocols are rigorously analyzed using ProVerif, confirming their compliance with all major security requirements, including resistance to passive and active attacks, as well as those defined by 3GPP and academic studies. We also prototype both protocols and evaluate their performance against 5G-AKA and 5G-AKA' (USENIX'21). Our results show the proposed protocols offer stronger security with only minor computational overhead, making them practical, future-ready solutions for 5G and beyond.
- Abstract（参考訳）: 5Gネットワークが重要なインフラに拡大するにつれ、安全で効率的なユーザー認証がこれまで以上に重要になる。
5G-AKAプロトコルはTS 33.501で3GPPで標準化されており、現在の5Gデプロイメントにおける認証の中心となっている。
相互認証、ユーザプライバシ、キーシークレットを提供する。
しかし、採用されているにもかかわらず、5G-AKAはセキュリティとパフォーマンスの両方に制限があることが知られている。
これは、受動的攻撃者に対するプライバシー保護に重点を置いているが、最近の研究では、アクティブアタックに対する脆弱性を示している。
また、リプレイ攻撃を防ぐためのシーケンス番号機構にも依存しており、デバイスとコアネットワーク間の完全な同期が必要である。
このステートフルな設計は複雑さを増し、デ同期を引き起こし、余分な通信オーバーヘッドを引き起こす。
さらに重要なことに、5G-akaはPerfect Forward Secrecy(PFS)を欠いている。
本稿では,5G-akaの設計に基づく認証プロトコルを提案する。
まず、既存のSIMカードやインフラとの互換性を維持しながら、シーケンス番号の依存をなくし、複雑さを減らし、ステートレスバージョンを導入する。
次に、この設計を拡張して、最小限の暗号オーバーヘッドでPFSを追加します。
どちらのプロトコルもProVerifを使って厳格に分析されており、3GPPや学術研究によって定義されたものと同様に、受動的およびアクティブな攻撃に対する抵抗を含む主要なセキュリティ要件をすべて遵守していることを確認する。
また,両プロトコルを試作し,その性能を5G-aka,5G-aka(USENIX'21)と比較した。
提案したプロトコルは,計算オーバーヘッドが小さいだけで,より強力なセキュリティを提供する。
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