在多接入边缘计算环境中，用于应用程序的高效隐私保护5G认证和密钥协商机制（5G-AKMA）

《IEEE Transactions on Network and Service Management》：Efficient Privacy-Preserving 5G Authentication and Key Agreement for Applications (5G-AKMA) in Multi-Access Edge Computing

5G-AKMA协议存在隐私泄露、设备窃取等安全问题，且缺乏前向保密。本文提出改进协议，支持多接入边缘计算场景的手动切换，并显著降低计算、通信、存储和能耗成本（分别减少92%、74%、38%、58%）。通过形式化验证和NS3仿真验证安全性与效率。

　　

摘要：

5G认证与密钥管理应用（AKMA）协议是由3GPP提出的一项5G标准，旨在规范移动用户针对应用程序的认证流程，该流程基于用户对移动网络的认证。正如多位作者指出的那样，5G-AKMA协议本身存在严重的安全问题，包括隐私泄露、信息不可链接性、临时密钥泄露以及设备被窃攻击等。此外，该协议还无法提供完美的前向保密性。另外，网络运营商能够记录用户订阅的所有应用程序，任何窃听通信渠道的第三方都可能将来自同一用户的不同请求关联起来。尽管已有多种协议被提出来解决5G-AKMA的安全问题，但这些协议要么容易受到严重攻击，要么计算复杂度过高。在本文中，我们提供了一种新的协议版本，能够有效解决这些隐私问题。同时，我们还对该协议进行了扩展，使其适用于多接入边缘计算（MEC）场景中的通信，并考虑了从一个MEC服务器到另一个MEC服务器的切换过程。所提出的协议与现有协议进行了全面比较，证明了其在通信效率、计算成本、存储成本和能源消耗方面的优势。对比分析显示，新版本的5G-AKMA可将计算成本降低92%，通信成本降低74%，存储成本降低38%，能源消耗成本降低58%。为了确保协议的安全性，我们采用了非正式和正式的方法（如Real-Or-Random (ROR)和Scyther验证工具）进行了安全验证。此外，我们还在未知攻击场景下进行了对比分析，并使用NS3仿真工具进行了实验验证。