5G gNB上行信令完保解密的分析研究

文/陳細生

1 引言

5G gNB基站內部的完保和加密在PDCP（Packet Data Convergence Protocol，分組數據匯集協議）層具體完成，由高層配置有關密鑰和算法，完保加密的輸入參數包括COUNT，DIRECTION，BEARER，KEY等，完 保 主要是針對信令面的處理，對于上行方向，UE(user equipment)發送經過完保加密后的數據給基站，基站采用對應的算法和密鑰進行解密和完整性校驗。5G NR RLC（Radio Link Control，無線鏈路控制協議）的功能相比于LTE，有了一定修改，包括沒有級聯，沒有重排序功能等，使得上行方向發給PDCP的SDU可能亂序，不再是UE發出來的原本順序。由于SMC(SecurityModeComplete)信令前后，有的信令不完保不加密，有的只完保，有的既完保又加密，這種亂序可能會導致接入流程的一些信令完保解密失敗，所以基站必須有一種排序檢測機制。

2 上行信令完保解密

為解決RLC上行發送給PDCP的信令包亂序，使得PDCP層不能適當地選用完保加密組合，本文提供了一種基于SMC信令的比較方法，可以正確地保證各條信令消息的完保解密，包括以下步驟：

步驟S1，RRC層（Radio Resource Control，無線資源控制層）配置PDCP層完保加密有關算法和密鑰，PDCP層保存并對全局控制變量賦值做好標識isParseSMCNeeded =TRUE，isSMCReceived = FALSE；

步驟S2，上行方向收到RLC PDU后，進行循環逐個處理，處理前首先判斷isParseSMCNeeded == TRUE，isSMCReceived == FALSE是否為真；

步驟S3，如果上述判斷為真，則根據協議固定的長度和字節值解析當前包是否為SMC包，不同的情況做不同的處理，如果不成立的話則將當前信令包丟入隊列最后，后續進入步驟S2再處理；

步驟S4，如果上述判斷為真，則只進行完保校驗不進行解密，并置相關變量isSMCReceived = TRUE，SmcSnCount = rcvCount（SMC信令的PDCP序列號），處理后發給RRC層；

步驟 S5，如果S2判斷為假，則解析并判斷當前包的PDCP序列號SN是否小于rcvCount（SMC信令的PDCP序列號），如果是小于則不進行完保也不進行解密，否則按照當前配置進行完保解密，處理后發給RRC層。

具體實現特點在于：通過多重的判斷分支處理，對于SMC信令之前的信令，按照當前的安全參數配置進行完保解密，此時沒有配置完保加密；對于SMC之后的信令，按照當前的安全參數配置進行完保解密，此時有配置完保加密；對于有配置完保加密后收到的SMC之前的信令，按照空完保空加密算法進行完保解密。

3 協議原理

由于5G的RLC層沒有了重排序的功能，即使是AM（Acknowledged Mode，確認模式），只有一個重組定時器等待SDU的完整，使得PDCP層收到的PDU可能是亂序的，雖然PDCP層有重排序的處理，但是協議規定一般是完保解密后再進行重排序，使得上述邏輯成為需要。

RRC層配置了PDCP層完保解密參數后，此時基站發送SM（securityModeCommand）給UE，此信令只完保不加密，UE收到此信令后發送SMC給基站，同樣沒有加密，但是此時上行來的包可能是SMC之前，之后等多種包一起亂序到達，如果不做特殊處理，必然會造成完保失敗接入信令流程無法完成的可能。

本文提出的方法在PDCP層實施，在收到安全參數配置后就開始等待SMC信令的到來，根據SMC信令的PDCP序列號SN為標準，將SMC之前的信令和之后的信令識別區分開來，并引導到不同的流程去處理，可以滿足不同的場景，保證了信令流程的不中斷，具有很大的創新性和實用性。

4 結論

測試終端采用IXIA 模擬器,按照SA（Standalone）獨立組網進行多UE隨機接入，進行了多次測試，測試結果證明，在PDCP信令PDU接收亂序的情況下，接入信令流程也可以順利地完成。