高鐵列控系統(tǒng)通信安全研究.pdf

1、高速鐵路的信號通信系統(tǒng)包括計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)、調度集中系統(tǒng)、CTCS-3級列控系統(tǒng)和信號集中監(jiān)測系統(tǒng)，CTCS-3級列控系統(tǒng)通信網(wǎng)由地面骨干傳輸網(wǎng)（有線通信子網(wǎng)）和移動通信網(wǎng)（無線通信子網(wǎng)）兩部分組成。由于CTCS-3級主要是與移動的列車進行通信，傳輸?shù)男熊囌{度信號、控制信號非常敏感，列車的高速移動又增加了數(shù)據(jù)通信的安全威脅，因而CTCS-3級信號通信系統(tǒng)必須達到足夠高的可靠性、安全性和保密性。
　　通信系統(tǒng)的安全通信過程一般包括身份

2、鑒權（通過身份認證協(xié)議實現(xiàn)）和數(shù)據(jù)安全傳輸（通過安全通信協(xié)議實現(xiàn)）兩個子過程。根據(jù)高鐵列控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的結構，身份鑒權可以分為GSM-R無線通信鑒權過程和信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)地面通信鑒權過程；數(shù)據(jù)安全傳輸通道主要有封閉式通信網(wǎng)絡和開放式通信網(wǎng)絡兩種網(wǎng)絡結構。
　　本文首先分析了CTCS-3級網(wǎng)絡結構及主要設備間的通信內容、通信網(wǎng)絡安全問題的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，并詳細描述了鐵路無線通信網(wǎng)GSM-R的鑒權過程，針對現(xiàn)有理論指出該機制存在諸

3、多安全漏洞，通過使用形式化分析工具ProVerif對現(xiàn)有GSM-R鑒權方案進行形式化分析，分析結果證實了GSM-R的鑒權機制確實存在安全問題；同時，結合GSM-R發(fā)展方向，提出了CTCS-3級無線通信網(wǎng)的LTE-R鑒權方案（包括初始鑒權、重新接入鑒權和切換鑒權），并且使用ProVerif分析LTE-R方案的安全性。然后，針對地面骨干傳輸網(wǎng)中信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)的特點，提出了設備與設備間及管理員與設備間的鑒權方案，并使用ProVerif分析方案