📘 《AI 時代系列（6）：進階通訊工程——邁向2035年太空星鏈網路時代》
📘 第 13周: 🛡️ 星鏈安全：PQC × Anti-Jamming × Laser Link Security
121／150單元： SLEO 鑑權：AKA / EAP / SUCI🔐 確保終端與衛星的身份安全**
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🎯 單元導讀
在 LEO × 6G NTN 世界裡，最重要的一件事是：
⭐ 「確定連上來的終端是誰（合法？偽裝？冒名？竊聽？）」
星鏈、Kuiper、OneWeb Gen2 與 6G NTN 都採用：
1. AKA（5G Authentication and Key Agreement）
2. EAP（Extensible Authentication Protocol）
3. SUCI（Subscriber Concealed Identifier）
再加上：
✔ LEO 特有的「快速切換（20–60 秒）」
✔ 控制面 / 數據面分離（SC/SD）
✔ 星間 Laser Link 端到端安全
使得「鑑權」變成一個複雜又超高速的過程。
一句話：
🛡️ 鑑權是 6G 星鏈安全的第一道防線。
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🧠 一、為什麼 LEO 鑑權比 5G 更困難？
1. 衛星快速移動
UE 每 30–60 秒必須跟下一顆衛星重新建立連線。
2. LEO 邊界問題（footprint crossing）
UE 在地面跑出一顆衛星覆蓋範圍 → 超快切換。
3. Intermittent Link（斷續鏈路）
高緯度、大雨、雲層 → 上下行品質波動。
4. 高度敏感（軍用 / 海事 / 飛航）
LEO 容易成為攻擊目標：
✔ 偽造終端
✔ 中間人攻擊
✔ 空間段注入攻擊
✔ 竄改 routing policy
✔ 竊聽 beam
這些使得鑑權流程必須：
⭐ 更快
⭐ 更安全
⭐ 更難破解
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🧠 二、LEO 安全的三大基礎：AKA / EAP / SUCI
以下三者組成 NTN × 星鏈鑑權的主幹。
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① AKA（Authentication and Key Agreement）
5G/6G 標準安全核心
→ UE 與網路共享秘密金鑰
→ 建立 K_AUSF、K_SEAF、K_gNB
→ 生成 NAS / AS 的加密金鑰
AKA 保證：
✔ UE 是合法用戶
✔ 不會被冒充
✔ 連線時序安全
在 LEO 需要做得更快，因為：
→ handover 頻繁
→ 衛星存活時間短（footprint）
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② EAP（Extensible Authentication Protocol）
支援：
✔ 畫素終端（Starlink user terminal）
✔ IoT（低功率）
✔ 航海飛航用戶
✔ 第三方接入
常用：EAP-AKA'、EAP-TLS
→ 支援強完整性與雙向加密
在星鏈中扮演：
⭐ UE ↔ 衛星間的第一階段握手
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③ SUCI（Subscriber Concealed Identifier）
6G 最關鍵的匿名化機制
⭐ 讓 UE 不會直接傳輸 SUPI（明碼身分）
⭐ 使用 Home Network 公鑰加密 → 無法被竊聽
⭐ 防止「身份攔截」與「假基地台攻擊」
在 LEO 中 SUCI 超重要，因為：
→ 地面覆蓋廣，攻擊者容易架非法接收
→ UE 被飛機 / 船隻掃過時易受監聽
→ 必須避免位置洩漏
→ 避免 Starlink UE 被鎖定/追蹤
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🧠 三、LEO 鑑權完整流程（ASCII 圖）
📱 UE（終端）
│
│ SUCI（匿名身分）
▼
🛰 LEO Satellite (SC-plane)
│
│ AKA/EAP Challenge
▼
vGateway / AMF
│
│ Authentication Vector (AV)
▼
AUSF/HN
│
(身份驗證 + 金鑰產生)
│
▼
vGateway / AMF
│ （傳回 K_SEAF）
▼
🛰 LEO Satellite
│ （建立加密）
▼
📱 UE ←─── Encrypted Channel
這張示意圖說明 LEO 衛星網路中的完整鑑權流程：
終端 UE 先以 SUCI（匿名身分） 向 LEO 衛星發起連線，避免在空中暴露真實身分；衛星作為 SC-plane 的接入節點，轉送鑑權請求至地面 vGateway / AMF，並與核心網的 AUSF / HN 進行 AKA / EAP 鑑權。核心網完成身分驗證後產生金鑰（Authentication Vector），回傳 K_SEAF 給 AMF，再由 AMF 與衛星同步金鑰資訊。最後，衛星與 UE 之間建立 端到端加密通道，確保後續資料傳輸在 LEO 環境下仍具備與地面 5G/6G 相同等級的安全性與信任鏈。
重點：
⭐ SUCI 保護 UE 身分
⭐ EAP/Aka 驗證雙方
⭐ K_SEAF → 加密空間段（AS / NAS）
⭐ 中間人攻擊幾乎不可能成功
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🧠 四、LEO 鑑權 vs 地面 5G 的不同
1、移動與切換特性
• Handover 頻率
o 地面 5G：低（基地台固定、使用者移動為主）
o LEO / Starlink：極高（約每 20–60 秒），因衛星高速繞行地球
2、延遲與控制面要求
• 延遲敏感度
o 地面 5G：中
o LEO / Starlink：高（尤其是控制面 SC-plane）
→ 鑑權與金鑰同步必須非常快速且穩定
3、覆蓋與拓撲特性
• 覆蓋區域
o 地面 5G：穩定、拓撲相對固定
o LEO / Starlink：覆蓋區快速變動，衛星持續移動
4、安全威脅模型
• 偽造基地台（Fake gNB）風險
o 地面 5G：高（IMSI catcher、假基地台攻擊常見）
o LEO / Starlink：低（上行方向功率需求高、攻擊門檻極高）
5、鑑權強度需求
• 鑑權要求
o 地面 5G：強
o LEO / Starlink：極強
→ 因涉及跨國、跨域、甚至軍用/關鍵基礎設施場景
6、身分隱私保護
• 身分保護機制
o 地面 5G：SUCI（建議使用）
o LEO / Starlink：SUCI 強制 + PQC（後量子密碼）強化
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🧠 五、PQC（後量子密碼）在 LEO 鑑權中的角色
由於 LEO 鏈路暴露於：
✔ 國家級攻擊者
✔ 軍用系統
✔ 量子電腦破解威脅
因此 6G NTN + 星鏈採用：
⭐ PQ-AKA（PQC 版鑑權）
採用：
✔ Kyber（密鑰交換）
✔ Dilithium（簽章）
✔ Hash-based Signatures
搭配 SUCI → 幾乎無法破解。
一句話：
🔐 AI、量子電腦都破不了 SUCI + PQ-AKA。
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🧠 六、星鏈（Starlink）實際如何用鑑權？
SpaceX 官方已公開：
• Starlink 用戶端與衛星間使用雙向加密
• 每顆衛星有唯一身份憑證
• 數據 + 控制面全加密
• Laser Link 是點對點端到端加密
• 地面站有獨立安全模組
推論其流程：
✔ Initial EAP（地面）
✔ SUCI-like 身分保護
✔ Key Sync over Laser Link
✔ 手機/終端與衛星建立 session key
✔ 衛星更新 key → 在星座中傳播
這完全符合 6G NTN-Security 的設計。
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🧠 七、工程挑戰（研究級）
1. Laser Link 上的鑑權封包 jitter 對時序影響
2. 高移動情境下 AKA 重新導向問題
3. SUCI 與 PQC 封包大小增加對 LEO 負載影響
4. 星間鑑權（inter-satellite authentication）如何快速完成
5. eSIM / iSIM 與星鏈帳號如何整合
6. 地面攻擊（MITM Fake-Gateway）的防禦
每一點都是 2030 之後的 6G NTN 研究方向。
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🧠 八、模擬題（工程連結）
1️⃣ 模擬 SUCI 和 SUPI 明碼傳輸被攔截的風險差異。
2️⃣ 測試 LEO handover（每 40 秒）下，同一 UE 重鑑權的延遲。
3️⃣ 設計一個「PQC-AKA」流程並比較計算負載。
4️⃣ 模擬星間 Laser Link 上做 EAP 辨識的 BER / PER。
5️⃣ 比較在雨衰下：SC-plane（sub-6）與光鏈路的鑑權成功率。
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🧠 九、小結與啟示
✔ LEO 鑑權比 5G 困難百倍：高速移動、快速切換、敵對環境
✔ 必須同時使用：
→ SUCI（隱匿身分）
→ EAP / EAP-AKA'（雙向安全握手）
→ AKA / PQ-AKA（後量子安全）
✔ 星鏈、Kuiper、OneWeb Gen2 全採類似機制
✔ Laser Link / SC-plane 加密保護整個星座
✔ AI 未來會加速鑑權流程與 Key Management
一句話：
🛡️ LEO 鑑權是星鏈安全的靈魂核心。
沒有 SUCI / AKA / EAP，就沒有星鏈的安全宇宙。
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