5G X-MAC : Calcul et Fonctionnement du MAC-I

5G X-MAC : Calcul et Fonctionnement du MAC-I

Aujourd’hui, on va voir en détail le mécanisme de calcul du MAC-I dans le contexte de la 5G X-MAC, un élément essentiel pour la sécurité et l’intégrité des données échangées. Le MAC-I, ou Message Authentication Code Identifier, joue un rôle central dans l’authentification et la protection des messages au sein du protocole X-MAC, un sous-ensemble des protocoles MAC de la 5G.

Introduction au MAC-I dans la 5G X-MAC

Le MAC-I est un code d’authentification généré pour chaque message afin d’assurer que celui-ci n’a pas été altéré pendant la transmission. Dans la 5G, le X-MAC désigne une couche MAC étendue utilisée pour optimiser les échanges entre l’équipement utilisateur (UE) et la station de base (gNB). Le calcul du MAC-I garantit la conformité du message avec les normes de sécurité définies par le système 5G, en combinant clés cryptographiques et données spécifiques du message.

Structure et objectifs du MAC-I

Le MAC-I est un condensé cryptographique généralement de taille fixe, souvent 32 bits, produit par une fonction cryptographique sécurisée. Son objectif est double :

• Authentifier le message pour éviter les attaques de type falsification (intégrité).
• Permettre au destinataire de vérifier la source du message (authenticité).

Ce code accompagne les messages critiques du protocole MAC, notamment les commandes de contrôle et les réponses liées à la gestion des ressources radio.

Algorithmes utilisés pour le calcul du MAC-I

Le calcul du MAC-I dans la 5G X-MAC repose principalement sur des algorithmes cryptographiques HMAC basés sur SHA-256, ou des algorithmes spécialisés comme AES-CMAC selon les spécifications 3GPP. Le choix de l’algorithme dépend du niveau de sécurité requis et du contexte d’application.

Les paramètres clés utilisés dans le calcul comprennent :

• La clé de sécurité K utilisée par le protocole pour l’authentification.
• Le message M, c’est-à-dire le contenu de la trame ou du paquet à protéger.
• Un compteur ou un identifiant d’état pour éviter les attaques par rejeu.

Processus détaillé du calcul du MAC-I

1. Préparation des données : Extraction des données pertinentes à authentifier dans le message X-MAC. Cela inclut notamment l’en-tête et les champs sensibles.
2. Application de la fonction cryptographique : La fonction MAC est appliquée sur les données, avec la clé secrète K, pour générer un code intermédiaire.
3. Troncature : Le résultat cryptographique complet est tronqué pour obtenir un MAC-I de taille définie (souvent 32 bits).
4. Insertion dans le message : Le MAC-I est inséré dans le message X-MAC avant la transmission.
5. Vérification côté récepteur : Le récepteur utilise la même clé et méthode pour recalculer le MAC-I et le comparer à celui reçu. En cas de divergence, le message est rejeté.

Exemple de calcul du MAC-I

Supposons que la clé K soit une chaîne binaire fixe, et que le message M contienne les données utilisateur suivantes :

Le calcul HMAC-SHA256 sur ces données avec la clé K génère un code de 256 bits. Ce code est tronqué pour ne garder que les 32 premiers bits, qui deviennent le MAC-I inséré dans la trame X-MAC.

Contexte et usages concrets du MAC-I dans 5G

Dans la 5G, la couche MAC doit gérer de nombreux types de messages : contrôle radio, gestion des ressources, multiplexage des données. Le MAC-I protège ces messages contre les manipulations malveillantes, notamment dans des scénarios critiques comme le handover entre stations de base ou l’authentification des commandes de sécurité.

Le protocole X-MAC, avec le MAC-I, s’intègre dans une chaîne globale de sécurité qui comprend également la confidentialité des données (via chiffrement) et la gestion des clés au niveau RRC et NAS. Cela permet d’assurer un environnement robuste, même en cas de menaces ciblées sur la couche MAC.

Limitations et recommandations

Le MAC-I, bien que crucial, ne protège que l’intégrité et l’authenticité des messages, pas leur confidentialité. Il doit donc être combiné avec des mécanismes de chiffrement. De plus, la synchronisation des compteurs utilisés pour le calcul est critique afin d’éviter les rejets erronés de messages légitimes.

Enfin, la sécurité du MAC-I dépend directement de la protection de la clé K, qui doit être stockée et gérée avec soin dans l’équipement utilisateur et le réseau.

Résumé

Le MAC-I dans la 5G X-MAC est un mécanisme d’authentification par code cryptographique essentiel pour la sécurité des échanges au niveau de la couche MAC. Il repose sur des algorithmes robustes, des clés secrètes, et un processus strict de calcul et vérification. Ce mécanisme permet d’éviter la falsification de messages et garantit que chaque paquet transmis est authentique, ce qui est indispensable dans le contexte complexe et sensible des réseaux 5G.

Pour approfondir la sécurité dans les réseaux 5G, explorez comment le protocole NAS gère l’authentification utilisateur et la protection des données.