GSM Authentication

GSM authentication

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在手机登录移动网络的时候，移动网络会产生一个16字节的随机数据（通常称为RAND）发给手机，手机将这个数据发给SIM卡，SIM卡用自己的密钥Ki和RAND做运算以后，生成一个4字节的应答（SRES）发回给手机，并转发给移动网络，与此同时，移动网络也进行了相同算法的运算，移动网络会比较一下这两个结果是否相同，相同就表明这个卡是我发出来的，允许其登录。这个验证算法在GSM规范里面叫做A3，m=128 bit，k=128 bit，c=32 bit，很显然，这个算法要求已知m和k可以很简单的算出c，但是已知m和c却很难算出k 。A3算法是做在SIM卡里面的，因此如果运营商想更换加密算法，他只要发行自己的SIM卡，让自己的基站和SIM卡都使用相同的算法就可以了，手机完全不用换。

在移动网络发送RAND过来的时候，手机还会让SIM卡对RAND和Ki计算出另一个密钥以供全程通信加密使用，这个密钥的长度是64 bits， 通常叫做Kc，生成Kc的算法是A8，因为A3和A8接受的输入完全相同，所以实现者偷了个懒，用一个算法同时生成SRES和Kc。

在通信过程中的加密就是用Kc了，这个算法叫做A5，因为A5的加密量很巨大，而且SIM卡的速度很慢，因此所有通信过程中的加密都是在手机上面完成的，这样一来，除非天下所有GSM手机都至少支持一种相同的A5算法，否则就没法漫游了，这时候运营商和设备商的懒惰又体现出来了，全世界目前只有一种通用的A5算法，没有其他的，这个算法就是和Kc 的8字节序列进行简单的循环XOR，再和报文序号做个减法。(通信过程中的加密由手机来做，不由SIM卡做)。