📘 AI時代系列(4)：AI 驅動的電信網路規劃與設計 🌐
29/100 第三週：📌核心網與數據承載
29. 核心網安全與加密機制 🔐 —— 保護信令與用戶隱私
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🎯 單元導讀
隨著 5G 網路承載 語音、資料、IoT、自駕車 等關鍵服務，核心網的安全性與加密機制變得至關重要。
• 信令安全：避免假訊息、DoS 攻擊破壞網路。
• 用戶隱私：保護身分資訊與位置不被竊取。
• 數據安全：確保傳輸資料加密、防止竊聽與竄改。
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🧠 一、核心網安全的威脅來源
1. 假訊號攻擊（Signaling Storm）：惡意裝置大量發送 Attach / Session Request。
2. 中間人攻擊（MITM）：攔截並竄改通訊內容。
3. 位置追蹤：透過未加密的 IMSI（永久識別碼）追蹤用戶。
4. DoS/DDoS：攻擊 EPC/5GC 伺服器，使網路癱瘓。
5. 協定漏洞：Diameter / SIP / GTP 協定未加密可能被利用。
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🧠 二、加密與安全機制
1. 身分保護
o 4G：IMSI 明文傳送，存在風險。
o 5G：採用 SUCI（Subscription Concealed Identifier），以公開金鑰加密隱藏用戶身份。
2. 信令安全
o 使用 IPSec / TLS 為 Diameter、SIP、SBA 介面加密。
o 防止攔截與竄改。
3. 數據加密
o 空中介面（Air Interface）：使用 AES、SNOW 3G、ZUC 等演算法。
o 核心網（Core Network）：用 IPSec/GTP 加密隧道 保護用戶流量。
4. 完整性保護（Integrity Protection）
o 防止訊息被竄改或插入惡意封包。
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🔁 三、ASCII 安全防護示意
[UE] ⇄ (SUCI 加密身份) ⇄ [gNodeB] ⇄ [5GC]
│ │
▼ ▼
信令加密 (TLS/IPSec) 數據加密 (GTP/IPSec)
這張圖展示了 5G 網路中的安全防護層次：UE 首先以 SUCI（加密身份） 向核心網傳送註冊訊息，避免用戶真實身份被竊取；其後在 控制面 (Control Plane) 採用 TLS/IPSec 保護信令交換，確保認證與控制訊息不被竊聽或篡改；在 用戶面 (User Plane)，數據則透過 GTP 或 IPSec 加密隧道傳送，保障用戶流量的機密性與完整性。
👉 總結來說，5G 是透過「身份保護 + 信令加密 + 數據加密」三層防線，建立端到端的安全通訊。
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🧪 四、應用場景
• 智慧醫療：遠距手術資料需端到端加密，確保病人隱私。
• 自駕車：V2X 通訊需低延遲且防止假訊息注入。
• 企業專網：專屬切片搭配加密通道，確保數據不外洩。
• 跨國漫遊：透過加密隱藏身份，避免被惡意基地台攔截。
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⚙️ 五、AI 在核心網安全的角色
• 異常流量檢測：AI 偵測信令風暴、GTP Flooding 攻擊。
• 威脅預測：AI 分析歷史流量，預測潛在攻擊模式。
• 動態加密策略：AI 根據應用場景調整加密強度（例如 IoT 使用輕量化演算法）。
• 入侵防禦：AI 與防火牆/IDS/IPS 整合，自動化防禦。
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💭 六、問題與思考
1. 為什麼 5G 要引入 SUCI，而不能再用 4G 的 IMSI？
• 4G IMSI 問題：IMSI（國際移動用戶識別碼）是明文傳送的，容易被攔截，導致 用戶身份暴露、位置追蹤與釣魚基站攻擊。
• 5G 改進：引入 SUCI（Subscription Concealed Identifier），透過公開金鑰加密演算法保護用戶身份，只能由營運商解碼。
👉 結論：SUCI 解決了 IMSI 暴露的隱私風險，是 5G 安全升級的關鍵。
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2. 在高頻寬的 eMBB 場景下，加密是否會造成延遲？如何解決？
• 問題：eMBB（增強型行動寬頻）下流量極大，若每個封包都進行軟體加密，會增加 處理延遲與 CPU 負擔。
• 解決方案：
o 使用 硬體加速模組（Crypto Accelerator），專門處理加密運算。
o 採用 高效能加密演算法（例如 AES-NI、5G 標準中的 128-EEA2/EEA3）。
o 分散式 UPF，將用戶面流量下沉至邊緣，減少核心壓力。
👉 結論：透過硬體加速 + 邊緣分流，可兼顧高頻寬與低延遲。
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3. AI 在核心網安全中，如何做到「防禦與效能」的平衡？
• 防禦面：AI 可進行異常流量檢測（如 DDoS、惡意掃描）、動態調整加密強度，強化安全。
• 效能面：AI 可根據流量型態決定「哪些業務需要最高強度加密」，避免對所有流量一視同仁，造成不必要的開銷。
• 智慧調度：AI 可以在高峰期分流流量，優先保障 URLLC 或金融交易這類高安全需求的服務。
👉 結論：AI 透過「智能分級」讓核心網在安全與效能之間取得平衡，既能防禦攻擊，又不犧牲用戶體驗。
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✅ 七、小結與啟示
• 核心網安全：涵蓋身份、信令與數據的多層防護。
• 4G → 5G 差異：5G 導入 SUCI、端到端加密與 SBA 安全。
• AI 加持：智慧化威脅偵測與動態加密策略，提升防護效率。
• 就像銀行的保全系統，5G 核心網必須同時守護「身份（帳號）、交易（信令）、金庫（數據）」三層安全。
