Análise de vulnerabilidades dos sistemas gsm/gprs por meio de recursos complementares de hardware e software

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1 Universidade Federal do ABC Pós-graduação em Engenharia Elétrica Daniel Pinheiro Carlésimo Análise de vulnerabilidades dos sistemas gsm/gprs por meio de recursos complementares de hardware e software Dissertação Santo André - SP 2013

2 Daniel Pinheiro Carlésimo Análise de vulnerabilidades dos sistemas gsm/gprs por meio de recursos complementares de hardware e software Dissertação Dissertação apresentada ao Curso de Pós-graduação da Universidade Federal do ABC, como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Elétrica Orientador: Prof. Dr. Carlos Eduardo Capovilla Coorientador: Prof. Dr. Ivan Roberto Santana Casella Santo André - SP 2013

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5 i Dedicado a Jayme Rocha Pinheiro, o formidável.

6 Agradecimentos Agradeço, ao Prof. Carlos E. Capovilla por ter acreditado neste trabalho, abrindo-me novamente as portas do mundo acadêmico com maestria e muita dedicação. ao Prof. Ivan R. S. Casella e sua valiosa coorientação. aos prezados Alexsander Loula, André Bassoli, Arnaldo Clemente e João Machado da NI do Brasil. ao Prof. Dr. Francisco Müller e alunos Edgleyson Dias, Jeferson Leite e Andrey Silva, estimados colegas da Universidade Federal do Pará. ii

7 Uma viajem de mil milhas inicia-se com o movimento de um pé. LaoTzu iii

8 Resumo Concebido para ser seguro e confiável, o sistema de telefonia móvel de segunda geração conhecido como GSM(Global System for Mobile Communication) teve com o passar dos anos sucessivas fragilidades identificadas. Com a eliminação gradativa de fatores que indiretamente contribuíam para sua robustez (como o elevado custo da infraestrutura de hardware, softwares proprietários e informações protegidas), observou-se a criação de diferentes frentes de estudo que culminaram no surgimento de técnicas de ataque ao sistema. Tendo sua contemporaneidade assegurada através da associação com o GPRS (General Packet Radio Service), o sistema ainda vigora entre as diversas frentes de serviço da atualidade, tais como transações financeiras, rastreamento veicular, sensoriamento e monitoramento em redes inteligentes de energia elétrica (Smart Grids) e até mesmo conexão alternativa para aparelhos celulares de terceira geração. Em particular, o presente trabalho visa retratar a real segurança dos sistemas GSM/GPRS, explorando lacunas conceituais que permitam contornar o modelo de segurança em vigor. Para tal, os capítulos seguintes descrevem as principais características do GSM/GPRS, seguido pelo estudo e identificação de vulnerabilidades inerentes aos próprios requisitos que o originaram e, finalmente, a comprovação experimental de suas fragilidades com o auxilio de hardware e softwares abertos ao público em geral. Palavras-chave: GSM. GPRS. Segurança. Vulnerabilidade. iv

9 Abstract Designed to be safe and reliable, the second-generation mobile phone system known as GSM (Global System for Mobile Communication) had some weaknesses identified over the years. The gradual elimination of factors that indirectly contributed to its robustness (like the high cost of hardware infrastructure, proprietary software and protected information) has considerably simplified the researches, consequently allowing the creation of different system attack techniques. Lately associated to the GPRS (General Packet Radio Service), the system still prevails in different contemporary applications, such as financial transactions, vehicle tracking, smart grids systems and even alternative connection to third-generation handsets. In particular, this master thesis aims to reveal the actual security of GSM/GPRS by exploring conceptual gaps that may be used to bypass the security model in place. To this end, the following chapters describe the main GSM/GPRS characteristics, the requirements gap and its resulting vulnerabilities, finally followed by some experimental practice making use of open-hardware and open-software. Key-words: GSM. GPRS. Security. Vulnerability. v

10 Lista de Figuras 2.1 Arquitetura simplificada GSM Arquitetura simplificada GPRS Interfaces entre os elementos de rede Modelo de camadas da interface Um Canais físicos versus canais lógicos Alocação do espectro segundo FDD Acesso múltiplo por divisão de tempo e frequência Tipos de burst e suas características Classificação geral dos canais lógicos Diagrama sequencial de autenticação e encriptação Algoritmo de autenticação A Diagrama sequencial de encriptação Algoritmo calculador de chave de seção, A Algoritmo COMP128 de autenticação e cálculo de chave de seção Algoritmos-cifra de encriptação pertencentes à família A Arquitetura GSM com hardware e softwares abertos Visão geral sobre a USRP Leitores e programadores de SIM card Derivação do Ki de SIM cards contendo o COMP128v1- SIM Easy V Testes com USRP1 na câmara anecóica da UFABC Registro de falhas, OpenBTS P Tentativas e incompatibilidades observadas durante etapa de integração Registro de falhas, OpenBTS-UHD Obtenção do IMSI em cleartext Atribuição de TMSI ao IMSI capturado Leitura dos identificadores de rede através da MS Handover inesperado do iphone Configurações do Galaxy SIII referentes à conexão GSM Spoofing de rede em ambiente controlado (câmara anecóica) Envio de SMS através do OpenBTS-UHD Recebimento do SMS transmitido vi

11 Lista de Tabelas 2.1 Faixas de Frequência GSM Cálculo de impactos do clock sobre as faixas de frequência GSM Frequências de trabalho das antenas quad-band vii

12 Lista de Acrônimos 3GPP 3rd Generation Partnership Project AB Access burst ADC Analog to Digital Converter AP Access Point ARFCN Absolute Radio Frequency Channel Number AuC Authentication Center BCCH Broadcast Control Channel BN Bit Number BSC Base Station Controller BSIC Base Transceiver Station Identity Code BSS Base Station Subsystem BTS Base Transceiver Station CA Cell Allocation CBCH Cell Broadcast Channel CC Call Control CC Country Code CCCH Common Control Channel CCH Control Channels CIA Confidentiality, Integrity and Availability CPU Central Processing Unit DAC Digital to Analog Converter DB Dummy burst DCCH Dedicated Control Channel DoS Denial of Service EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory EIR Equipment Identity Register ERB Estação Radio Base (vide BTS) ETSI European Telecommunications Standards Institute FAC Final Assembly Code FACCH Fast Associated Control Channel FB Frequency correction burst FCCH Frequency Correction Channel FDD Frequency Division Duplexing FDMA Frequency Division Multiple Access FN Frame Number viii

13 GEA GPRS Encryption Algorithm GGSN Gateway GPRS Support Node GMSC Gateway Mobile Switching Center GMSK Gaussian Minimum-Shift Keying GPRS General Packet Radio Service GSM Global System for Mobile Communications GSN GPRS Support Nodes GTP GPRS Tunneling Protocol HLR Home Location Register HTTP Hyper Text Transfer Protocol ICCID Integrated Circuit Card ID IMEI International Mobile Equipment Identity IMSI International Mobile Subscriber Identity IP Internet Protocol ISDN Integrated Services Digital Network ISM Instrumentation, Scientific and Medical ITU International Telecommunication Union Kc Chave de encriptação ou chave de seção (Ciphering Key / Session Key) Ki Chave de autenticação do assinante (Subscriber Authentication Key) LA Location Area LAC Location Area Code LAI Location Area Identification LCH Logical Channel LMSI Local Mobile Station Identity MA Mobile Allocation MCC Mobile Country Code ME Mobile Equipment MITM Man-In-The-Middle MM Mobility Management MNC Mobile Network Code, ou código de operadora MS Mobile Station MS-DOS MicroSoft Disk Operating System MSC Mobile Switching Center MSIN Mobile Subscriber Identification Number MSISDN Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network Number MSK Minimum Shift Keying NB Normal Burst NDC National Destination Code NMSI National Mobile Subscriber Identity NSAPI Network Layer Service Access Point Identifier NSS Network and Switching Subsystem OCXO Oven-Controlled Crystal Oscillator OSI Open Systems Interconnection OSS Operations Suport System PBX Private Branch Exchange ix

14 PCH Physical Channel PDN Paket Data Network PIN Personal Identification Number PLMN Public Land Mobile Network ppm parts per million PSTN Public Switched Telephone Network P-TMSI Packet Temporary Mobile Subscriber Identity PUK Personal Unblocking Key RACH Random Access Channel RAM Random Access Memory RAND Random Challenge RF Radiofrequência ROM Read Only Memory RPTC Rede Publica de Telefonia Comutada (vide PSTN) RR Radio Resource SACCH Slow Associated Control Channel SB Synchronization burst SCH Synchronization Channel SDCCH Standalone Dedicated Control Channel SDR Software-Defined Radio SGSN Serving GPRS Support Node SIM Subscriber Identity Module SIP Session Initiation Protocol SMS Short Message Service SMS-G Short Message Service Gateway SN Subscriber Number SNR Serial Number SRES Signed RESponse SS7 Signalling System No.7 TAC Type Approval Code TCH Traffic Channel TDMA Time Division Multiple Access TID Tunnel Identifier TLLI Temporary Logical Link Identity TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity TN Timeslot Number TS Timeslot TTL Transistor-Transistor Logic Um Interface aérea de radiofrequência entre MS e BTS UMTS Universal Mobile Telecommunications System USB Universal Serial Bus USRP Universal Software Radio Peripheral VCTCXO Voltage Controlled, Temperature Compensated Crystal Oscillators VLR Visitor Location Register VoIP Voice over Internet Protocol x

15 VPN Virtual Private Network XO Crystal Oscillator xi

16 Sumário 1 Introdução 1 2 GSM/GPRS: Uma visão geral INTRODUÇÃO GSM GPRS ARQUITETURAS DE REDE Arquitetura GSM Identificação do assinante móvel Mobile Station Base Station Subsystem Network and Switching Subsystem Operations Support System Arquitetura GPRS INTERFACES GSM Considerações iniciais Interfaces APROFUNDAMENTO NA INTERFACE Um Considerações iniciais Canais Físicos Canais Lógicos GPRS MODELO DE SEGURANÇA Conceitos de Segurança GSM: Funções e Serviços de Segurança Autenticação Encriptação Considerações adicionais para o GPRS Arquitetura dos Sistemas GSM/GPRS sob a ótica da atualidade INTRODUÇÃO ELEMENTOS DA ARQUITETURA Equipamentos e periféricos utilizados xii

17 3.2.2 Software VULNERABILIDADES IMSI Catcher MITM CONSIDERAÇÕES FINAIS Espectro de Radiofrequência Clock Identificadores da Rede Câmara Anecóica - UFABC Análise Técnica por meio de Recursos de Hardware e Software FASE DE INTEGRAÇÃO FASE DE VERIFICAÇÃO IMSI Catcher Conclusões e Perspectivas Futuras CONSTATAÇÕES E CONCLUSÕES RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS Bibliografia 73 Apêndices 80 A Tutorial de Instalação e Configuração - GNU Radio 81 A.1 Introdução A.2 Instalação das dependências A.3 Instalação das bibliotecas boost A.4 Edição dos paths A.5 Instalação do GNU Radio A.6 Adição de permissão de usuário A.7 Teste de interface com a USRP A.8 Upgrade para GNU B Tutorial de Instalação e Configuração - USRP Hardware Driver (UHD) 91 B.1 Introdução B.2 Library Path C Tutorial de Utilização - pysim 95 C.1 Introdução C.2 Download da ferramenta C.3 Compreendendo o pysim C.4 Exemplos de Escrita e Leitura xiii

18 xiv D Tutorial de Instalação e Configuração - OpenBTS 99 D.1 Introdução D.2 Instalação das Bibliotecas D.3 Construção e Instalação do OpenBTS-UHD D.4 Outras versões de OpenBTS D.4.1 Versão P D.4.2 Variante GPRS baseada no P D.4.3 OpenBTS-OSMO D.4.4 OpenBTS D.4.5 Versões anteriores E Tutorial de Instalação - Asterisk 107 E.1 Introdução E.2 Instalação - Asterisk v E.3 Possíveis Erros E.4 Configuração

19 Capítulo 1 Introdução Os sistemas analógicos de telefonia móvel marcaram o início de uma grande revolução no campo das telecomunicações. Conhecidos como sistemas de primeira geração (1G), a telefonia móvel analógica caracterizava-se pela baixa qualidade de voz, pela facilidade de interceptação das chamadas e pela ausência de um padrão internacional, impedindo que um único aparelho móvel fosse utilizado em diferentes países. Sobretudo no continente europeu, onde as fronteiras territoriais sobressaem com maior frequência, notava-se claramente em meados dos anos 80 problemas derivados da incompatibilidade entre as diferentes tecnologias 1G. Sob o ponto de vista do usuário, os sistemas eram limitados tanto em qualidade quanto em segurança, confidencialidade e abrangência dos serviços. Sob o ponto de vista dos desenvolvedores, a incompatibilidade entre tecnologias restringia os ganhos de produção em larga escala, encarecendo o produto final e consequentemente reduzindo os lucros. Não menos importante observar que os telefones celulares analógicos eram grandes e necessitavam de recargas constantes de bateria. Neste contexto, criou-se no início dos anos 80 o GSM (Groupe Spécial Mobile) para endereçar justamente os problemas e limitações observados na época. Posteriormente chamado de Global System for Mobile Communications, o GSM tornou-se rapidamente o padrão de telefonia móvel mais utilizado no mundo. Dentre as características que potencializaram este rápido crescimento, destacam-se a melhor qualidade de voz, o aumento da capacidade de tráfego dos sistemas, a vasta gama de serviços (como acesso à Internet e envio de SMS, Short Message Service), a implementação de algoritmos de autenticação e encriptação de dados, a maior robustez do canal e finalmente a padronização internacional que tornou possível utilizar um único número de telefone e/ou um único aparelho celular em todo o mundo (roaming internacional). Posteriormente, o aumento na demanda por serviços de dados como SMS e Internet marcou a transição para os sistemas conhecidos como 2.5G. Caracterizado por uma arquitetura sobreposta à rede GSM (XENAKIS et al., 2008; XENAKIS; L.MERAKOS, 2002), o GPRS (General Packet Radio Service) é um sistema 2.5G que reutiliza grande parte da infraestrutura anteriormente implantada nas redes GSM, adicionando os novos nós SGSN (Serving GPRS Support Node) e GGSN (Gateway GPRS Support Node) responsáveis pelo 1

20 Capítulo 1. Introdução 2 fornecimento de serviços de comutação de pacotes. Desta forma, o GPRS possui taxas de transmissão que podem variar de 14.4 kbps (utilizando apenas um timeslot) até 115kbps (múltiplos timeslots) (USHA COMMUNICATIONS TECHNOLOGY, 2000; ALMEIDA, 2010), sendo que diferentes BTSs (Base Transceiver Station) podem ser utilizadas para o envio de pacotes (PESONEN, 1999). Os pacotes transmitidos são finalmente reconstruídos na SGSN, garantindo assim uma vantagem frente às transmissões alocadas em um único canal. Apesar de ter sido superado pelas tecnologias mais modernas da terceira geração (3G), as vantagens descritas anteriormente não apenas garantiram uma sobrevida ao GSM/G- PRS como também proporcionaram a ampliação da gama de possíveis aplicações fora a tradicional telefonia celular, consolidando definitivamente sua ampla área de cobertura. Seja pela infraestrutura já instalada, seja pela qualidade de serviços e relativa robustez que o sistema demonstrou até então, emprega-se esta solução 2.5G em transações financeiras, rastreamento veicular (CONTRAN, 2007), sensoriamento e monitoramento em redes inteligentes de energia elétrica (Smart Grids) e até mesmo como conexão alternativa para aparelhos celulares 3G. Porém, estudos recentes apontam que esta relativa harmonia pode estar chegando ao fim. Fragilidades e técnicas de ataque previamente identificados por PESONEN ganharam fortes aliados após a maior exposição do tema dentro da comunidade científica, aumentando a severidade dos ataques e criando novas frentes antes não exploradas (PERKOV; KLISURA; PAVKOVIé, 2011; PAGET, 2010b). O vazamento de algoritmos(meyer; WETZEL, 2004), a compilação dos resultados de pesquisas correlacionadas ao tema e a realização de engenharia reversa culminaram na simplificação da infraestrutura necessária para estudar e interagir com a rede. A possibilidade de combinar hardwares menos complexos com softwares abertos e gratuitos viabilizou o surgimento de alternativas de baixo custo em relação à arquitetura GSM tradicional, tornando público o que antes estava restrito à poucas empresas do ramo. Com relação à privacidade do assinante, tem-se no IMSI (International Mobile Subscriber Identification) um dos grandes alvos de ataque. Correspondendo ao identificador exclusivo de cada assinante, verifica-se que o sigilo do IMSI possui relação direta com a privacidade do usuário, e por este motivo, define-se que sua transmissão pela rede deve ser evitada a todo custo. Para tal, cada assinante recebe também uma identidade temporária chamada TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity), a qual efetivamente identifica o usuário na rede. A relação entre TMSI e IMSI é mantida apenas em determinados elementos de rede, os quais serão abordados ao longo do presente trabalho. A eficácia desta função parte do pressuposto que o IMSI não deve ser transmitido de forma corriqueira (ETSI, 1996b), porém brechas foram criadas para o caso de MSs que acabam de ser ligadas, ou casos em que a MS não consegue se conectar ao HLR (Home Location Register). Por não conseguir reconhecer a identidade do usuário, a rede consequentemente não consegue estabelecer uma encriptação, dando margem à hipótese de transmissão do IMSI em cleartext (ERIKSSON, 2005; OLAWSKI, 2011) pela rede.

21 Capítulo 1. Introdução 3 Sob o ponto de vista da transmissão de dados, o GSM utiliza algoritmos-cifra de encriptação pertencentes à família A5, onde o A5/0 representa a ausência de encriptação (cleartext), A5/1 constitui a encriptação padrão, A5/2 estabelece uma versão mais fraca do A5/1 e finalmente o A5/3 implementa uma encriptação semelhante ao algoritmo KASUMI utilizado no UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Enquanto (EKDAHL; JOHANSSON, 2003; GOLIC,; BIHAM; DUNKELMAN,; S.PETROVIC; FUSTER-SABATER, 2000; BIRYUKOV; SHAMIR; WAGNER, 2001; GOLDBERG; WAGNER; GREEN, 1999) apresentam técnicas de criptoanálise para decodificar e decifrar dados com o auxílio de recursos computacionais, temos em (PAGET, 2010b; MEYER; WETZEL, 2004) relatos que indicam a possibilidade de simplesmente desabilitar a encriptação de dados entre a BTS e a estação móvel (MS, Mobile Station). Justamente por se tratar de uma solução global, o GSM prevê a transmissão em cleartext como uma condição válida para atender países nos quais a encriptação de dados é proibida (PAGET, 2010b). Durante o processo de Security Setup que ocorre imediatamente após a autenticação, a BTS define qual algoritmo criptográfico deverá será utilizado. Neste momento, a hipótese de seleção do A5/0 (cleartext) acaba por dispensar qualquer esforço posterior de criptoanálise. A terceira hipótese fundamental do trabalho reside no processo de autenticação, no qual determina-se que a MS precisa ser autenticada para ganhar acesso à rede, porém o contrário não se verifica (XENAKIS et al., 2008; MEYER; WETZEL, 2004; STROBEL, 2007; ERIKSSON, 2005; OLAWSKI, 2011). A hipótese da rede GSM não precisar ser autenticada perante a MS constitui uma das principais vulnerabilidades do modelo de segurança GSM, sendo este o ponto de partida para a etapa exploratória do presente trabalho. Em particular, pretende-se com esta dissertação aprofundar nos conceitos de vulnerabilidade dos sistemas GSM/GPRS, utilizando recursos complementares de hardware e software para comprovar a pertinência e veracidade das fragilidades identificadas. Para tal, a verificação das hipóteses de autenticação unilateral, transmissão do IMSI em cleartext eseleçãodoa5/0constituemospontoschavedoestudovistoasuagrandepertinência e relativa simplicidade perante os demais métodos que envolvem criptoanálise. Desta forma, a dissertação segue uma modalidade de pesquisa aplicada e exploratória, visando investigar, comprovar ou rejeitar hipóteses sugeridas, ao mesmo tempo em que proporciona maior familiaridade com o problema. A estrutura geral do trabalho toma a forma de cinco capítulos, incluindo este capítulo introdutório. O capítulo II começa estabelecendo as dimensões teóricas da pesquisa, apresentando uma visão geral das arquiteturas de rede GSM/GPRS e correlacionando seus principais elementos com o modelo de segurança adotado nos sistemas. O terceiro capítulo aprofunda no estudo das vulnerabilidades e no detalhamento do hardware e software selecionados para a comprovação prática. O capítulo IV apresenta os resultados da etapa experimental de comprovação das hipóteses e fragilidades identificadas. Finalmente, o Capítulo V apresenta as conclusões e fechamento do trabalho, contextualizando a real segurança dos sistemas GSM/GPRS e identificando futuras oportunidades de pesquisa sobre o tema.

22 Capítulo 1. Introdução 4

23 Capítulo 2 GSM/GPRS: Uma visão geral 2.1 INTRODUÇÃO O GSM continua sendo o sistema de telefonia móvel mais utilizado na atualidade. Complementado pelo GPRS que oferece uma alternativa viável para transmissão de dados, o sistema conhecido como 2.5G ainda vigora e inclusive expande para novas aplicações, na medida em que a conectividade e o monitoramento ganham maiores proporções em nosso cotidiano. No entanto, algumas fragilidades recém exploradas pela comunidade científica colocam em dúvida os limites e a robustez dos modelos de segurança dos sistemas. Antes de abordar este assunto, torna-se necessário conhecer um pouco mais sobre ambos os sistemas GSM O Global System for Mobile Communications (originalmente Group Speciale Mobile) é o padrão de telefonia móvel mais utilizado no mundo (PERKOV; KLISURA; PAVKOVIé, 2011; NATALIZIO et al., 2010). Assim como outras tecnologias, o GSM assegura a criação de uma rede de telefonia móvel celular ao agregar múltiplas células com diferentes áreas de cobertura. Porém, seus diferenciais em relação às tecnologias da primeira geração se tornam evidentes ao avaliar, por exemplo, sua melhor qualidade de voz e sua padronização internacional, fatores primordiais que justificaram seu rápido crescimento e aceitação em todas as regiões do mundo. Possuidor de uma tecnologia estável e geograficamente consolidada na atualidade, o GSM continua sendo amplamente empregado mesmo diante de tecnologias mais modernas. De tão significativo, o GSM estabelece uma interessante alternativa para a ampliação da área de cobertura de tecnologias sucessoras: Se por um lado isto constitui uma vantagem para o usuário final sob o ponto de vista da abrangência dos serviços, por outro a compatibilidade se torna um problema ao considerar o fator segurança da informação. Tendo suas principais bandas definidas em 850MHz, 900MHz, 1800MHz e 1900MHz, o padrão foi projetado para ser um sistema de telefonia móvel seguro contendo autenticação de assinante e criptografia para transmissão de dados aéreos. Controlado pelo 3GPP (3rd Generation Partnership Project) do ETSI (European Telecommunications Standards 5

24 Capítulo 2. GSM/GPRS: Uma visão geral 6 Institute), o GSM possui grande parte de suas especificações publicadas no site do próprio Instituto (ETSI, 2013). Para evitar sua exposição, algumas informações referentes ao modelo de segurança e seus respectivos algoritmos foram desenvolvidos e mantidos em segredo (security by obscurity), o que não se mostrou ser suficiente para prevenir o vazamento de informações e/ou quebras gradativas do segredo por criptoanálise GPRS Com o passar do tempo, o aumento na demanda por serviços de dados como SMS e Internet marcou a transição para os sistemas conhecidos como 2.5G. Caracterizado por uma arquitetura sobreposta à rede GSM (XENAKIS et al., 2008; XENAKIS; L.MERAKOS, 2002), o GPRS é um sistema 2.5G que reutiliza grande parte da infraestrutura anteriormente implantada nas redes GSM, adicionando os novos elementos responsáveis pelo fornecimento de serviços de comutação de pacotes. Desta forma, o GPRS atinge maiores taxas de transmissão que seu antecessor, ao mesmo tempo em que expande a gama de serviços ao viabilizar o acesso à Internet, , transferência de arquivos e aplicativos em geral (gerenciamento de clima, notícias, entre outros). Mesmo diante de tecnologias modernas 3G (amplamente empregados nos telefones celulares recentes), ainda encontramos algumas frentes de serviço onde os sistemas GSM/G- PRS são extremamente atrativos e competitivos, tais como rastreamento veicular e transações financeiras envolvendo compras com cartão de crédito e débito. 2.2 ARQUITETURAS DE REDE Arquitetura GSM Uma rede GSM é composta por diferentes elementos com funções e interfaces específicas. Podemos dividi-la basicamente em três partes, conforme Figura 2.1: a MS, o BSS (Base Station Subsystem) e o NSS (Network and Switching Subsystem). A MS é formada pela união do ME (Mobile Equipment) com um módulo de identificação do assinante (cartão SIM, Subscriber Identity Module), sendo que cada cartão possui um número permanente de identificação do usuário no mundo, chamado IMSI. As MSs se comunicam com o BSS através da interface de RF (radiofrequência) conhecida como Um. O BSS é formado por BTSs e um BSC (Base Station Controller). As BTSs realizam a interface propriamente dita com a MS, enquanto o BSC agrupa diferentes BTSs para formar um BSS e a espinha dorsal da rede. O NSS (PAGET, 2010b; KAHABKA, 2004) constitui o núcleo da arquitetura, sendo formado por diversos subcomponentes dentre os quais se destacam o AuC (Authentication Center), o HLR e o MSC (Mobile Switching Center). No NSS, adota-se o SS7 (Signalling System No.7) como protocolo de sinalização, o mesmo adotado na grande maioria das

25 Capítulo 2. GSM/GPRS: Uma visão geral 7 PSTN (Public Switched Telephone Network) para estabelecimento de chamadas telefônicas. AuC Authentication Center BSC Base Station Controller BSS Base Station Subsystem BTS Base Transceiver Station EIR Equipment Identity Register HLR Home Location Register ISDN Integrated Services Digital Network ME Mobile Equipment MS Mobile Station MSC Mobile Switching Center NSS Network and Switching Subsystem OSS Operations Support System PLMN Public Land Mobile Network PSDN Public Switched Data Network PSTN Public Switched Telephone Network SIM Subscriber Identity Module VLR Visitor Location Register Figura 2.1: Arquitetura simplificada GSM As seções seguintes irão abordar maiores detalhes sobre cada um dos elementos que integram a arquitetura de rede Identificação do assinante móvel International Mobile Subscriber Identification Cada assinante na rede GSM é identificado por seu IMSI. Trata-se de um número exclusivo de 15 dígitos armazenado no SIM card, sem o qual nenhuma MS consegue acessar os serviços GSM. O IMSI é composto por três partes distintas (ETSI, 1996a): MCC (Mobile Country Code), correspondente a identificação do país de origem do usuário (3 dígitos); MNC(Mobile Network Code), que identifica a PLMN(Public Land Mobile Network) de origem do assinante (2 dígitos); MSIN (Mobile Subscriber Identification Number), o qual identifica o usuário móvel dentro de determinada PLMN (até 10 dígitos). Tipicamente, atribui-se o nome de NMSI (National Mobile Subscriber Identity) ao conjunto formado pelos identificadores MNC e MSIN. Como exemplo, o IMSI pode ser decomposto em:

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