郄軍建，朱 青，武傳龍

（濰坊市知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)中心，山東 濰坊 261100）

0 引 言

目前，國(guó)內(nèi)大型通信運(yùn)營(yíng)商都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了4G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，偽基站技術(shù)也在實(shí)時(shí)更新，日常工作中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了基于4G技術(shù)的偽基站。4G偽基站通常是指移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)碼（Mobile Network Code，MNC）與通信運(yùn)營(yíng)商相同，冒充4G基站發(fā)射4G信號(hào)，將用戶終端強(qiáng)行吸入網(wǎng)絡(luò)，非法獲取用戶信息的“假基站”，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)安全。需要及時(shí)排查定位4G偽基站，最大限度降低其不良影響已成為亟需解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。因此，分析4G偽基站的工作原理并給出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施具有重要意義[1]。

1 4G偽基站工作原理

根據(jù)3GPP協(xié)議，為了提高移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)安全性，4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)啟用雙向鑒權(quán)機(jī)制，即eNodeB和用戶體驗(yàn)（User Experience，UE）相互認(rèn)證通過(guò)后才能觸發(fā)業(yè)務(wù)，否則無(wú)法正常通信。為提升4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的安全機(jī)制，4G網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議提供了多種可供選擇的加密算法和完整性保護(hù)的算法，移動(dòng)終端可以在經(jīng)過(guò)相應(yīng)的鑒權(quán)流程后確認(rèn)基站是否合法。現(xiàn)在的4G偽基站只能模擬鑒權(quán)流程之前的信令，無(wú)法模擬鑒權(quán)后的電路交換（Circuit Switch，CS）域和分組交換（Packet Switch，PS）域的信令流程。4G偽基站無(wú)法像2G偽基站那樣向用戶終端發(fā)起惡意攻擊，僅能夠模擬鑒權(quán)流程之前的一些接入信令，誘導(dǎo)UE上報(bào)一些用戶終端的基本信息。例如，4G偽基站會(huì)導(dǎo)致空閑態(tài)終端的IMSI、IMEI等信息泄露，導(dǎo)致處于連接態(tài)的用戶終端切換失敗、掉話等，使運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)急劇惡化，嚴(yán)重影響用戶感知。本文從空閑態(tài)和連接態(tài)詳細(xì)分析4G偽基站的工作原理。

1.1 空閑態(tài)工作原理

當(dāng)UE處于空閑態(tài)時(shí)，常見的4G偽基站截取用戶IMSI、IMEI的流程如圖1所示。（1）UE與合法的運(yùn)營(yíng)商基站保持連接。（2）4G偽基站上電啟動(dòng)之后，首先監(jiān)聽通信運(yùn)營(yíng)商合法基站的廣播消息，測(cè)量信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)，解析移動(dòng)通信小區(qū)的PCI等關(guān)鍵信息，進(jìn)一步獲取主服務(wù)小區(qū)及相鄰服務(wù)小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。4G偽基站從相鄰服務(wù)小區(qū)列表中選擇一個(gè)信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)較弱的小區(qū)作為模擬對(duì)象，設(shè)置成與其相同的物理小區(qū)標(biāo)識(shí)（Physical layer Cell Identity，PCI），以高于運(yùn)營(yíng)商合法基站的發(fā)射強(qiáng)度持續(xù)進(jìn)行廣播。（3）隨著UE遠(yuǎn)離主服務(wù)小區(qū)并靠近4G偽基站，UE啟動(dòng)同頻、異頻測(cè)量，發(fā)現(xiàn)4G偽基站的信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量均優(yōu)于其他小區(qū)，滿足小區(qū)重選的條件，觸發(fā)UE啟動(dòng)小區(qū)重選流程向4G偽基站登記，UE解析偽基站廣播消息，發(fā)現(xiàn)跟蹤區(qū)域碼（Tracking Area Code，TAC）與通信運(yùn)營(yíng)商合法的TAC不一致，UE隨即發(fā)起TAU Request請(qǐng)求。（4）4G偽基站發(fā)送Identity Request請(qǐng)求，要求UE上報(bào)IMSI、IMEI。（5）UE向偽基站發(fā)送IMSI、IMEI。（6）偽基站截取到IMSI、IMEI，向UE發(fā)送TAU Reject，通知UE選擇其他基站，此次TAU更新失敗。（7）UE重新與運(yùn)營(yíng)商的合法基站建立連接，恢復(fù)正常通信[2]。

圖1 4G偽基站截取用戶IMSI/IMEI流程

1.2 連接態(tài)工作原理

如果運(yùn)營(yíng)商通信網(wǎng)開啟了應(yīng)用程序無(wú)響應(yīng)（Application Not Responding，ANR）功能，當(dāng)UE處于連接態(tài)時(shí)，收到4G偽基站高強(qiáng)度信號(hào)會(huì)導(dǎo)致切換失敗，具體流程如圖2所示。（1）UE處于連接態(tài)；（2）偽基站的向周圍的UE發(fā)射高強(qiáng)度信號(hào)；（3）UE解析偽基站的廣播消息，向原來(lái)駐留的運(yùn)營(yíng)商合法基站上報(bào)測(cè)量結(jié)果（Measurement Result，MR）；（4）運(yùn)營(yíng)商合法基站啟動(dòng)ANR流程，要求UE上報(bào)偽基站的TAC、PCI等信息；（5）UE根據(jù)指示解析并上報(bào)偽基站的信息；（6）運(yùn)營(yíng)商合法基站向MME發(fā)起S1切換請(qǐng)求；（7）由于運(yùn)營(yíng)商合法網(wǎng)絡(luò)中不存在該偽基站，MME會(huì)回復(fù)S1切換失敗?？梢姡琔E處于業(yè)務(wù)態(tài)時(shí)，4G偽基站會(huì)導(dǎo)致用戶切換失敗，影響用戶感知，同時(shí)會(huì)使網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（Key Performance Indicator，KPI）劣化[3]。

圖2 連接態(tài)時(shí)偽基站導(dǎo)致切換失敗的流程

2 4G偽基站危害

現(xiàn)網(wǎng)中發(fā)現(xiàn)既有用于非法目的4G偽基站，也有安全部門用于合法目的4G偽基站，無(wú)論哪種4G偽基站都會(huì)對(duì)用戶信息安全造成威脅，也會(huì)嚴(yán)重干擾通信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)，造成指標(biāo)嚴(yán)重劣化。

2.1 對(duì)普通用戶的危害

對(duì)普通用戶而言，4G偽基站的危害主要在于用戶IMSI、IMEI信息的泄露，進(jìn)而引發(fā)網(wǎng)絡(luò)詐騙。另外還會(huì)干擾用戶終端和運(yùn)營(yíng)商基站正常的通信行為，導(dǎo)致用戶通話質(zhì)量變差，嚴(yán)重影響居民的生活與合法權(quán)利。

2.2 對(duì)通信運(yùn)營(yíng)商的危害

對(duì)于通信運(yùn)營(yíng)商而言，4G偽基站的存在嚴(yán)重干擾現(xiàn)行4G網(wǎng)絡(luò)。存在4G偽基站的區(qū)域信號(hào)與干擾加噪聲比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）異常，網(wǎng)絡(luò)KPI嚴(yán)重惡化，主要表現(xiàn)在鄰區(qū)切換失敗、用戶業(yè)務(wù)中斷等，由此引發(fā)客戶大量集中投訴，嚴(yán)重影響公司形象。

3 4G偽基站排查定位策略

3.1 網(wǎng)管指標(biāo)排查

如果運(yùn)營(yíng)商4G網(wǎng)絡(luò)開啟了ANR功能，4G偽基站的存在會(huì)導(dǎo)致處于連接態(tài)的UE觸發(fā)S1切換失敗事件，該事件在網(wǎng)管系統(tǒng)上都有統(tǒng)計(jì)。因此通過(guò)華為或者愛立信網(wǎng)管提取全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)，根據(jù)小區(qū)鄰區(qū)切換成功率對(duì)小區(qū)進(jìn)行排序，提取鄰區(qū)切換成功率低的小區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)排查。重點(diǎn)分析鄰區(qū)的PLMAN是運(yùn)營(yíng)商規(guī)范值，而eNodeBID是非運(yùn)營(yíng)商規(guī)范值，從運(yùn)營(yíng)商合法的基站小區(qū)到此小區(qū)的切換次數(shù)達(dá)到一定閾值且切換成功率為0的小區(qū)可以判定為4G偽基站的小區(qū)。查詢運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)工參，可以快速識(shí)別定位受到4G偽基站同頻干擾的區(qū)域，然后安排網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，進(jìn)一步核實(shí)4G偽基站的存在性[4]。

3.2 路測(cè)數(shù)據(jù)排查

通信運(yùn)營(yíng)商一般都會(huì)定期進(jìn)行路測(cè)，收集測(cè)試的log。如果分析log時(shí)發(fā)現(xiàn)UE頻繁上報(bào)A3事件，但是始終無(wú)法切換成功，最后報(bào)Radio Link Failur或者某個(gè)區(qū)域發(fā)生大量的RRC重新建立、頻繁掉線、上下行速率持續(xù)降低等現(xiàn)象，此時(shí)就有理由懷疑附近是不是存在4G偽基站，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員可以到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)[5]。

3.3 用戶投訴排查

用戶受到4G偽基站信號(hào)的強(qiáng)干擾，往往會(huì)伴隨著大量的掉話、重定向失敗等，必然會(huì)導(dǎo)致此區(qū)域用戶感知持續(xù)惡化，存在大量的用戶投訴。運(yùn)營(yíng)商可以綜合分析用戶投訴的類型，如果某個(gè)區(qū)域存在集中存在大量掉話、呼叫失敗的投訴，就有理由懷疑此區(qū)域是否存在4G偽基站，可以安排網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員到投訴位置測(cè)試分析。

3.4 掃頻結(jié)果排查

通信運(yùn)營(yíng)商高業(yè)務(wù)量高價(jià)值區(qū)域也是4G偽基站最容易安裝的區(qū)域，可以定期安排優(yōu)化人員對(duì)該區(qū)域進(jìn)行掃頻，重點(diǎn)關(guān)注運(yùn)營(yíng)商合法頻段內(nèi)的功率異常信號(hào)。通過(guò)掃頻儀的指向定位出信號(hào)源，核實(shí)是否是4G偽基站，排除網(wǎng)絡(luò)安全隱患。

3.5 公安偽基站的排查

近來(lái)，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在城區(qū)主要路口以及縣市區(qū)路口處安裝了4G偽基站，這種偽基站不屬于通信運(yùn)營(yíng)商，但卻是用來(lái)維護(hù)國(guó)家和人民利益，打擊犯罪，維護(hù)社會(huì)的治安，有效對(duì)目標(biāo)手機(jī)進(jìn)行管控，是出于合法的目的。這種偽基站分布圖都沒(méi)有公開，通信運(yùn)營(yíng)商可以與公安部門保持有效溝通，明確偽基站的位置[6]。

4 4G偽基站處理措施

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，4G偽基站的技術(shù)也被安全部門用于合法目的，如現(xiàn)在正在建設(shè)的電子圍欄系統(tǒng)。因此，排查定位到4G偽基站位置后，首先應(yīng)明確該偽基站的性質(zhì)。對(duì)于非法的4G偽基站應(yīng)該堅(jiān)決打擊，第一時(shí)間協(xié)調(diào)公安人員到現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)拆除。經(jīng)過(guò)向相關(guān)部門求證，確實(shí)是用于合法目的的4G偽基站，運(yùn)營(yíng)商優(yōu)化人員應(yīng)該積極與相關(guān)部門對(duì)接協(xié)商，通過(guò)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的配置、降低發(fā)射功率等措施，既能滿足公安部門的需求，又能使偽基站對(duì)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的影響降到最低，最大限度保證4G偽基站區(qū)域的手機(jī)用戶的通信需求[7-10]。

5 結(jié) 論

4G偽基站的存在對(duì)手機(jī)用戶的個(gè)人信息安全和通信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)都造成了困擾，同時(shí)4G偽基站的技術(shù)也得到了公安等部門的合理應(yīng)用。本文詳細(xì)分析了4G偽基站的工作原理，并從運(yùn)營(yíng)商角度給出了排查定位偽基站的方法，幫助通信運(yùn)營(yíng)商快速發(fā)現(xiàn)非法4G偽基站的同時(shí)，保證公安等部門4G偽基站的正常使用，以發(fā)揮其正常社會(huì)功能，實(shí)現(xiàn)雙贏的目標(biāo)。