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5G資訊安全發展現況觀察與分析
 

【作者: 鍾曉君】   2018年01月10日 星期三

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5G將為未來社會帶來新興通訊技術、新型態行動網路架構、涉及各式各樣垂直產業的應用服務,卻也為網路資訊安全與用戶隱私保護帶來了新的挑戰。因此,為了要滿足基本的通訊安全要求,並且可適應5G世代多元網路接取模式與新式網路架構,同時針對不同應用服務情境打造差異化的安全服務,5G安全技術架構與執行機制的設計將不可或缺。而現階段無論是國際標準組織或5G推動機構及設備大廠等,都積極地針對5G資訊安全進行研究,期在未來5G軟硬體發展上建構更完備的安全機制。


5G應用場景vs.資安問題

根據TIA向營運商調查對於各5G應用場景面臨資安問題的影響程度,可以發現大部分業者都認為資安問題對5G各應用場景都有很大的影響與挑戰。尤其在V2x領域,無論是無人車或是智慧交通相關應用,涉及最即時性安全考量、最直接地與民眾生命安全相關連,因此當遇上資訊安全上的疑慮,將有可能引起極大的危害。


在uRLLC相關應用亦然,例如智慧醫療中執行遠距手術等需要高度精細、低延遲的活動,若因遭受資安攻擊,導致網路訊號的中斷,將有可能引發不可逆轉的疏失。


再者,除了關注資安導致的網路斷線、攻擊相關問題,用戶隱私保護在現階段網際網路世界更不容忽視。尤其5G世代的應用多元,各類新服務、新架構、新技術更對安全和用戶隱私保護也都帶來新的挑戰。



圖1 : 不同的應用場景所要對應的5G網路應該注意的資安面向也不盡相同。( source:The New Economy)
圖1 : 不同的應用場景所要對應的5G網路應該注意的資安面向也不盡相同。( source:The New Economy)

如何設計更完備的5G安全機制,在維護基本通訊安全要求的同時,還能夠因應不同應用場景以適應多種網路接取方式與新型網路架構,進而提供差異化安全服務、保護用戶隱私,將是標準制定者、技術設備與應用開發者的第一要務。而不同的應用場景所要對應的5G網路應該注意的資安面向也不盡相同。


NGMN P1 5G Architecture group為主責5G安全研究,該組織逾2016年5月出發表的5G資安白皮書中提出,5G資安發展的主要目標是找出5G網路中的新資安威脅,旨在提醒5G用戶可能遭遇的資安危機。NGMN認為未來的5G安全應該打造更強而有力的用戶認證方法,必須提供能保護各種訊息的安全機制,承載如高層(high layer)獨立的安全性(端對端安全)、安全的網路設計、彈性與高可用性(能提供99.999%的網路可用性),以及可靠性。


5G網路設計的發展面向

因此,在5G網路設計上必須確保兩面向的發展:


改善接取網路安全

包含時刻掌握Flash網路流量、確保不同營運商之間的無線網路密鑰安全,確保用戶平面完整性(User plane integrity),確保網路中的各種安全措施需求能滿足;以及解決在營運商網路內部與跨營運商網路中,部署一致且有效的用戶/設備及安全策略所面臨的挑戰。


針對上述各項議題,NGMN也提出相關建議,包含需保護不同營運商之間的信令通道,設計5G密鑰管理機制;透過網路切片、SDN、NFV等實現有效且具一致性的網路資安策略部署等。


防止網路基礎設施遭受DOS攻擊


圖2 : 5G NORMA計畫主要是打造5G世代新型無線多業務自適應網路架構。( source: TechDaring)
圖2 : 5G NORMA計畫主要是打造5G世代新型無線多業務自適應網路架構。( source: TechDaring)

DOS攻擊旨在耗盡網路的物理層與邏輯層資源為目標。因此攻擊模式大致有兩種,一為網絡基礎設施DOS攻擊,在這種情況下,攻擊的原始目標是營運商網路基礎設施,會間接影響被攻擊的網絡基礎設施服務相關設備和用戶;另一則為設備╱用戶DOS攻擊,在此情況下,攻擊的目標是設備和╱或用戶,對大量用戶或設備的攻擊可以間接影響大部分營運商的基礎設施。換句話說,針對網絡基礎設施的DOS攻擊會將目標放在資源與網路連接穩定性、頻寬等服務。


NGMN認為為防止網路基礎設施遭受DOS攻擊,應從解決四大關鍵議題著手進行研究:


1.大量受感染的物聯網設備透過試圖接入網路使得信令平面過載。


2.大量受感染的物聯網設備間歇性與同時的傳輸使得信令平面過載。


3.故意觸發網路過載機制。


4.典型的連結終端之5G場景中受到新型態DOS針對5G服務開通與配置系統進行攻擊。


5G-PPP安全工作組(Security Work Group)實際上在許多專案計畫中都有涉及針對5G資訊安全保護的研究,包含5G-ENSURE(initiator)、5G NORMA、5G-SPEED、5GEX、CHARISMA、COGNET、SELFNET、SESAME、VIRTUWIND等。


其中,5G NORMA計畫主要是打造5G世代新型無線多業務自適應網路架構(A Novel Radio Multiservice adaptive network Architecture for the 5G era),而其中一項任務就是要結合5G網路架構與安全工作。


從5G NORMA針對無線介面終端功能架構中,可發現用戶終端與接取設備連結之間已有安全無線介面做一層防護,在無線網路設備野營造了針對無線介面的安全終端功能環境,形成第二層防護;進一步與雲端、核網串連的情境下,各無線接取設備間彼此也有具備安全防護的回傳與通訊機制,確保網路通訊傳輸之間的安全保障完整。


5G安全八大範疇

2017年6月12日5G-PPP發表〈5G第一階段安全白皮書(5G PPP Phase1 Security Landscape)〉,內容概述5G安全將面臨的風險與挑戰,並具有兩個主要發展目標,分別是:提供5G安全性的見解,並提出將要解決的問題與解決的原因;為第二階段的5G安全發展計畫做好準備,並使用第一階段的成果達成目標。


因此,在白皮書中,5G-PPP針對5G安全八大範疇進行討論:


1.新興5G關鍵安全風險與需求


針對5G安全風險,主要針對諸如未經授權接取訪問或資產使用、弱切片(Weak slices)隔離與連接、難以管理垂直SLA與遵從規範、切片與中立性、信任管理複雜性等面向進行研究;而在安全需求上,則討論安全層級、安全自動化、安全管理與監控、啟用End to End加密增值服務、5G租戶/切片隔離(Inter-tenant/Slice Isolation)等相關研究項目。


2.與3GPP標準匹配的5G安全架構


面對5G世代新型態的服務、網路架構與價值鏈,在營運商、服務商、垂直產業間的網路更需要有新的信任模型。,加上任務關鍵性的服務對於資訊安全威脅之考量。5G-PPP對於5G安全架構提出了幾點設計原則,包含應打造一邏輯凌駕於實體的安全架構,設計一分布式、分級與遞迴(recursive)的方法,藉由工業網路級的SDN與NFV支持內部與外部領域垂直產業服務商與營運商之間的協調,打造「安全即服務(Security-as-a-Service)」概念之網路架構。同時,該網路架構必須能靈活且具擴展性、支持大規模與任務關鍵性物聯網服務。


3.5G接取控制


認證、授權與會計(Authentication, Authorization and Accounting,AAA)服務在5G安全相關技術發展中至關重要,至少必須做到在接取過程中,保護頻率與無線通訊資源之功能,並且能按需提供5G網路服務,遵守不同的約束規則。


在5G未來在物聯網應用接取安全的需求上,輕量認證與密鑰協議群組(Lightweight authentication and key agreement protocol family)相關技術的發展,將協助驗證未來在5G網路上持續增加的物聯網設備安全的重要解決方案之一;而基於團體的認證與密鑰協議群組(Group-based Authentication and Key Agreement protocol family)則允許服務網路對一組設備進行認證,並降低家庭網路信令與通訊的延遲。


4.5G隱私議題


針對利益相關者,如用戶、服務供應商、執法機關所需網路架構進行設計;此外,針對潛在的推動力和未來的發展方向之需求也提供客製化設定。


5.5G信任模型


5G現階段發展的兩個級別的信任模型並嵌入到5G架構中,其一為針對利益關係者的信任模型,主要需評估利益關係者在網路的可信度,必須衡量利益關係者的網路與服務的安全能力,且量化網路中利益關係者的行為,並自動地透過利益關係者之間的互動降低風險或移除可能的弱點。


其二,則是與網路實體有關,包含SDN控制器、協調器、實體與虛擬網路功能等。針對網路實體特徵的信任模型主要是,評估網路實體可信度,透過網路實體的使用機制衡量其安全能力等級,量化網路實體在網路中的行為,以及自主移除網路實體間運作互動產生的風險與漏洞。


6.安全監控管理


針對5G進行的各種安全性威脅需要持續被監測。尤其在未來虛擬化網路架構下,針對SDN’NFV等通訊關鍵基礎建設的新型態安全風險更要被關注。尤其在SDN/NFV環境中會使用越來越多的軟體,這將帶來額外的安全風險,如數據偽造、API的濫用等。因此,控制器與管理開發需要有更適當的機制,諸如強化正任、訪問控制、應用程式隔離與沙盒,串流完整性與衝突解決方案,以及加密介面等。


7.網路切片/虛擬化和強制隔離


5G網路包含許多異質網路設備與多元化的服務,這無疑地對行動網路帶來極大的安全性挑戰。而網路切片所面臨的安全問題在於,當提供不同切片應用當下,應有一隔離機制,以防止各切片內的資源被其他類型的網路切片的網路節點非法瀏覽、接取。而即便是同一應用領域的網路切片之間也有隔離的需求。因此,5G-PPP從各切片層級,含無線接取網路的切片(RAN network slicing)、核心網路的切片(Core Slicing)、應用級的切片(Application-level Slicing)的安全性需求進行研究。


8.5G安全的標準化


現階段除了5G-PPP正持續進行5G安全相關的研究外,還有諸多國際組織同時進行研究,主要針對安全架構、AAA、隱私保護、網路切片安全等面向著手,最後期望能統一形成標準。確保5G世代的網路不受網路攻擊威脅或在隱私保障上有所缺失。


而5G-PPP安全工作組在5G安全標準化上的貢獻,主要有四個面向:(1)期影響5G包含無線接取、核心網、應用服務等各方面的安全要求發展;(2)透過識別5G所需要的安全功能與機制,設定基於一致性技術和程序的最小安全基準;(3)提供基於安全基準的安全架構設計;(4)增加可根據特定服務或應用稽核的安全功能。



圖3 : 資安防護措施的升級與革新必須要加速進行,以因應未來5G世代到來時更多樣性資安威脅的挑戰。(source: Akuaroworld)
圖3 : 資安防護措施的升級與革新必須要加速進行,以因應未來5G世代到來時更多樣性資安威脅的挑戰。(source: Akuaroworld)

中國IMT-2020(5G)推進組於2017年6月發表了〈5G網路安全需求與架構〉白皮書,內容主要針對5G發展需求與願景研究進展,剖析了未來5G將面臨的安全問題與發展趨勢,同時在報告中也提出了5G網路安全需求和架構。中國IMT-2020(5G)推進組發表此一白皮書主要目的是為了後續5G網路安全相關技術的研究和研發設計奠定基礎;並藉此敦促產業各界加速形成5G網路安全框架,達成共識,進而曾為5G安全國際標準的參考依據,同時促進相關產業的發展。


隨著5G技術逐步成形,在既有行動通訊環境中的資訊安全威脅也同步進化,因此,資安防護措施的升級與革新更要加速進行,以因應未來5G世代到來時更多樣性資安威脅的挑戰。在5G網路安全設計上,由於SDN與NFV是未來5G網路建構的關鍵要素,營運商或服務供應商將利用此兩項技術結合網路切片,以降低網路布建與服務提供的成本,且在不影響用戶端服務品質的情況下,提供快速、彈性且客製化的服務。


此時各類虛擬化的元件、開放原始碼軟體需求大增,相關資安問題也隨之而來,例如被駭客已具漏洞的介面進行入侵攻擊,導致網路被監控;或未來各式各樣API介面難免存在著資安漏洞與缺口,也造成了資安與隱私保護的隱憂;再者,惡意程式的入侵且在網路上感染傳播,都促使資安風險持續提高。


有鑑於此,標準化機構與5G推動組織,如3GPP、NGMN、中國IMT-2020推進組及5G-PPP等機構已經開始研究5G資安相關問題,同時包含主要的設備供應大廠也著手進行5G安全架構與相關技術的研發。例如,強化設備終端與雲端連接的信任關係,藉由對所有的傳輸資料數據進行加密處理,並根據正在傳輸的資料價值,智慧化地選擇各節點間的安全架構;或是針對物聯網的信令安全要求,透過多種協定組合方案作簡化管理,並藉由即時數據分析進行檢測與保護等方式。未來,大廠們也思考著將機器學習納入網路安全架構設計的一環,藉由更先進的訊號監控機制,主動過濾且更為強大的分析功能,確保5G網路安全不受侵犯,同時保護用戶隱私與資訊安全。


面對物聯網、工業4.0與更多的應用服務產生,都是5G發展的主要驅動力,而在以任務關鍵性與大規模物聯網為主軸的應用領域上,除低延遲需求外,高度可靠性更是重要一環,所謂的可靠不僅僅在低延遲即時性的面向,也意指安全連線、資訊安全落實,因此更需要盡快探討安全框架的制定與所有涉及安全組態與管理、安全監控和分析、通訊接取保護,以及終端與雲端保護相關的議題。


當然,除了標準組織與設備大廠外,電信營運商、學研機構,甚至通訊監理單位也應共同參與,以確保未來5G網路都能在軟硬體上擁有堅固的安全機制、提供用戶不容侵犯的隱私保護。


而5G網路安全不單單只是解決資安危機的議題,亦可將之視為未來可發展的商機之一。當掌握了終端用戶(無論大眾或垂直產業)對網路安全與隱私保護的需求與期待,能夠提供5G安全解決方案的軟硬體業者,藉由協助開發網路安全防護措施,或將謀得新的合作夥伴並拓展新的商機來源。


(本文作者為資策會MIC資深產業分析師)


*刊頭圖片(source:nterprise IoT Insights)


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