Mobilfunknetz
Die aktualisierte Einordnung zu 5G und den heutigen Sicherheitsunterschieden findest du am Ende dieser Seite.
Etablieren der Verbindung mit dem Mobilfunknetz:
Das mobile Endgerät (ME) versucht ständig an einer Basisstation (BTS) in Reichweite angemeldet zu sein, damit Anrufe oder SMS-Nachrichten jederzeit empfangen bzw. versendet werden können. Dieser Betriebszustand, bei dem keine aktive Verbindung besteht, wird als „Idle-Mode“ bezeichnet. Das ME empfängt und verarbeitet jedoch ständig Daten aus folgenden Funkkanälen der Luftschnittstelle Um der BTS:
- BCCH: Broadcast Control Channel zur Identifikation des Netzes (BSIC) und Übermittlung aller nötigen Parameter, um die Kommunikation mit der Basisstation aufzunehmen.
- CBCH: Cell Broadcast Channel überträgt aktuelle Nachrichten, z.B. Wetter-daten oder die lokale Verkehrssituation.
- PCH: Paging Channel kündigt eingehende Anrufe oder SMS an (Downlink).
- RACH: Random Access Channel wird genutzt um sich bei der BTS anzumelden (Shared Uplink).
- AGCH: (Access Grant Channel) dieser Kanal ist dem ME als Downlink zugewiesen. Auf diesem Frequenzband können Signale empfangen werden.
Ist das ME noch gar nicht am Funknetz angemeldet, scannt es nach verfügbaren Stationen, indem es sich zunächst mit einem Sender synchronisiert und dann den BCCH ausliest. Auf diesem Broadcast Channel werden Systeminformationen der BTS gesendet.
An die Station mit der höchsten Sendeleistung wird dann ein „Access Burst“ gesendet, der aus einer „Channel Request Message“ auf dem RACH besteht.
Danach wird dem ME eine Frequenz (ARF Channel) und ein „Time-Slot“ zugewiesen, damit es sich über den SDCCH bei dem Netzwerk anmelden kann. Hierzu sendet das Mobilteil ein „Location Update Request“, in dem die IMSI und LAI im Klartext an das Mobilfunknetz gesendet werden.
Der geheime Schlüssel Ki und der berechnete „Session Key“ Kc, werden niemals über das Netz gesendet. Kc wird später zur Übertragungsverschlüsslung benutzt.
Nach dieser „IMSI-Attach“-Prozedur wird zum Schutz der Privatsphäre anstatt der IMSI die TMSI berechnet und zur weiteren Identifikation benutzt.
Die TMSI ist nur in dem Aufenthaltsbereich LAI gültig und wird bei einem Wechsel in eine andere Funkzelle oder in regelmäßigen Zeitabständen (Periodic Location Update) erneuert, wodurch das Anlegen eines Bewegungsprofils erschwert werden soll. Das Smartphone ist jetzt mit einer Basisstation verbunden.
Die IMSI befindet sich auf der SIM Karte sowie in der Datenbank des Providers (HLR „Home Location Register“). Diese weltweit einmalige Nummer wird zur Identifikation des Nutzers benötigt. Wenn die IMSI bei einem Provider registriert ist, darf sich das Smartphone bei der Station anmelden.
Die national/regional eindeutige LAI (Location Area Identity) beinhaltet Informationen über den geografischen Bereich, in der die SIM-Karte zuletzt eingebucht war. Gemeinsam mit der MSISDN (Telefonnummer), TMSI (Temporary MSI) und der Mobile Station Roaming Number (MSRN) wird der Nummerierungsplan gebildet. Eine weitere, eindeutig zuweisbare Nummer ist die IMEI, die im Mobilteil gespeichert ist.
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Verbindungsverschlüsselung (A5/1, A5/2, A5/3):
Auf der Luftschnittstelle (Um) zwischen dem ME und der BTS wird der Verschlüsselungsalgorithmus A5 eingesetzt. Als A5/1 und A5/2 in den späten achtziger Jahren entwickelt wurde, entschied man sich zur „Security By Obscurity“ (Sicherheit durch Unklarheit), was bedeuten soll, dass die Sicherheit des Verfahrens auf die Geheimhaltung des Algorithmus angewiesen ist. Bis 1999 wurden beide Stromchiffre-Verfahren von Marc Briceno und anderen Wissenschaftlern durch Reverse Engineering untersucht und schließlich veröffentlicht.
In Europa und den USA wird A5/1 eingesetzt. Der viel schwächere A5/2 wurde für Länder entwickelt, in denen eine starke Verschlüsslung verboten ist. Seit 2007 darf dieser Algorithmus laut Standardisierungs-Komitee nicht mehr eingesetzt werden.
Netzwerk-Topologie:
Sprach-Anrufe werden immer noch leitungsvermittelt (CS) im Mobilfunknetz übertragen. Die Verschlüsselung (A5) findet zwischen Mobilteil und BTS (Basisstation) statt. Bei der Datenverbindung hingegen, ist das SGSN (Serving GPRS Support Node, bzw. UMTS Serving GRPS Support Node) der Kommunikationspartner.
Bis zu dem Controller des jeweiligen Zugangsnetzes (BSC bei 2G- oder RNC bei 3G-Netzen) werden die paketvermittelten (PS) Daten und die CS Daten über die gleichen Komponenten übertragen.
Erst dann wird für CS- in das „Network & Switching Subsystem“ (NSS) oder für PS-Dienste in das „GPRS Core Network“ weiter vermittelt. Deshalb wir bei der paketvermittelten Datenverbindung zwischen dem Mobilteil und dem
Die ermittelten Angriffsvektoren zu dieser Kategorie finden Sie hier:
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Aktualisierung: Verbindungsaufbau heute bei 5G
Während 2G stark auf älteren Verfahren und begrenzter gegenseitiger Prüfung beruhte, ist der Verbindungsaufbau in 5G deutlich moderner aufgebaut.
5G nutzt ein servicebasiertes Kernnetz (5G Core), stärkere kryptografische Verfahren und zusätzliche Schutzmechanismen bereits im Registrierungs- und Authentifizierungsprozess.
Vereinfacht: So läuft der Aufbau in 5G ab
- Initialer Zugriff: Das Endgerät verbindet sich über das 5G-Funkzugangsnetz (gNodeB) mit dem Kernnetz.
- Registrierung: Das Gerät startet den Registration-Prozess beim Access and Mobility Management Function (AMF).
- Authentifizierung: Über den Unified Data Management/Authentication Server Function (UDM/AUSF) wird eine moderne, gegenseitig abgesicherte Authentifizierung durchgeführt.
- Schlüsselerzeugung: Sitzungsschlüssel werden abgeleitet und für Signalisierung sowie Nutzdaten eingerichtet.
- Sitzungsaufbau: Über die Session Management Function (SMF) wird die PDU-Session aufgebaut; die User Plane Function (UPF) bindet den Datenpfad ins Datennetz an.
Wichtige Sicherheitsunterschiede zu 2G
- Stärkere Identitätsschutz-Mechanismen: In 5G wird die dauerhafte Teilnehmerkennung besser geschützt (z. B. durch verschleierte Übertragung), wodurch IMSI-bezogene Angriffe erschwert werden.
- Modernere Authentifizierung: 5G verwendet aktuelle AKA-basierte Verfahren mit besserer Absicherung gegen verschiedene Replay- und MitM-Szenarien.
- Bessere Integritäts- und Verschlüsselungsoptionen: Signalisierung und Datenkanäle profitieren von modernen Algorithmen und klareren Sicherheitsprofilen.
- Netzsegmentierung und Steuerbarkeit: Durch Architekturprinzipien wie Network Slicing und servicebasierte Funktionen können Sicherheitsrichtlinien granularer umgesetzt werden.
- Aber: 5G ist nicht automatisch „unangreifbar“. Risiken entstehen weiterhin durch Fehlkonfigurationen, unsichere Übergänge zu Legacy-Netzen (2G/3G/4G), Lieferkette, Core-APIs und Betriebsprozesse.
Praktische Einordnung
Im Vergleich zu 2G bietet 5G eine deutlich robustere Sicherheitsbasis. In der Praxis hängt das tatsächliche Schutzniveau jedoch stark von der Netzkonfiguration,
dem Umgang mit Fallback-Szenarien und der operativen Härtung bei Betreibern ab.
