高鐵列控系統(tǒng)通信安全研究.pdf

1、高速鐵路的信號(hào)通信系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、調(diào)度集中系統(tǒng)、CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)和信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)通信網(wǎng)由地面骨干傳輸網(wǎng)（有線(xiàn)通信子網(wǎng)）和移動(dòng)通信網(wǎng)（無(wú)線(xiàn)通信子網(wǎng)）兩部分組成。由于CTCS-3級(jí)主要是與移動(dòng)的列車(chē)進(jìn)行通信，傳輸?shù)男熊?chē)調(diào)度信號(hào)、控制信號(hào)非常敏感，列車(chē)的高速移動(dòng)又增加了數(shù)據(jù)通信的安全威脅，因而CTCS-3級(jí)信號(hào)通信系統(tǒng)必須達(dá)到足夠高的可靠性、安全性和保密性。
　　通信系統(tǒng)的安全通信過(guò)程一般包括身份

2、鑒權(quán)（通過(guò)身份認(rèn)證協(xié)議實(shí)現(xiàn)）和數(shù)據(jù)安全傳輸（通過(guò)安全通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)）兩個(gè)子過(guò)程。根據(jù)高鐵列控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，身份鑒權(quán)可以分為GSM-R無(wú)線(xiàn)通信鑒權(quán)過(guò)程和信號(hào)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)地面通信鑒權(quán)過(guò)程；數(shù)據(jù)安全傳輸通道主要有封閉式通信網(wǎng)絡(luò)和開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
　　本文首先分析了CTCS-3級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及主要設(shè)備間的通信內(nèi)容、通信網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，并詳細(xì)描述了鐵路無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)GSM-R的鑒權(quán)過(guò)程，針對(duì)現(xiàn)有理論指出該機(jī)制存在諸

3、多安全漏洞，通過(guò)使用形式化分析工具ProVerif對(duì)現(xiàn)有GSM-R鑒權(quán)方案進(jìn)行形式化分析，分析結(jié)果證實(shí)了GSM-R的鑒權(quán)機(jī)制確實(shí)存在安全問(wèn)題；同時(shí)，結(jié)合GSM-R發(fā)展方向，提出了CTCS-3級(jí)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)的LTE-R鑒權(quán)方案（包括初始鑒權(quán)、重新接入鑒權(quán)和切換鑒權(quán)），并且使用ProVerif分析LTE-R方案的安全性。然后，針對(duì)地面骨干傳輸網(wǎng)中信號(hào)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)的特點(diǎn)，提出了設(shè)備與設(shè)備間及管理員與設(shè)備間的鑒權(quán)方案，并使用ProVerif分析方案