Arquitectura y Evolución de las Redes Móviles: Seguridad GSM, 3G (CDMA) y Tecnología OFDM

Seguridad y Autenticación en la Red GSM

Proceso de Autenticación de Usuario en GSM

En la autenticación, se le pide al usuario que realice un cálculo matemático (A3) utilizando un valor aleatorio suministrado (RAND) y una clave secreta (Ki). Esta clave Ki está almacenada tanto en la tarjeta SIM del usuario como en la base de datos del operador.

El terminal móvil envía la respuesta hacia la red (SRES). Si este valor coincide con el valor calculado por la red, el terminal es autenticado.

Proceso de Cifrado de Voz en el Sistema GSM

El sistema de cifrado de voz es muy seguro porque utiliza una clave secreta de encriptación diferente cada dos tramas de voz (228 bits). Para aumentar aún más la seguridad, cada vez que un móvil cambia de célula en el transcurso de una llamada, recibe desde la red un nuevo número aleatorio RAND para el proceso de cifrado.

Los algoritmos A3, A5 y A8 son públicos. La fortaleza del sistema de autenticación y cifrado de voz del sistema GSM reside en la práctica imposibilidad de recuperar de forma fraudulenta la clave secreta Ki de cada usuario.

Características Fundamentales de GSM y EDGE

Principales Características del Sistema GSM

• Es un estándar europeo desplegado en la mayoría de los países del mundo.
• Es un sistema digital que cuenta con un sofisticado sistema de detección y corrección de errores.
• Puede trabajar con niveles de interferencia más altos que los sistemas analógicos, permitiendo células más pequeñas y un mayor número de usuarios.
• Dispone de un sistema de autenticación del usuario ante la red y transmite la voz de forma cifrada, lo que lo convierte en un sistema muy seguro.

Principales Características de EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)

EDGE utiliza modulaciones más avanzadas que GPRS, aunque requiere modificaciones en las unidades de transmisión de radio situadas en las estaciones base y, en ocasiones, la instalación de nuevas estaciones base en ubicaciones más cercanas a los usuarios.

• Puede alcanzar una velocidad máxima teórica de 473,6 Kbps.
• Envía hasta 59,2 Kbps en cada slot de radio (utilizando la modulación 8PSK).
• Existen versiones mejoradas de EDGE que utilizan modulaciones aún más eficientes, como 16QAM y 32QAM, permitiendo alcanzar velocidades cercanas a 1 Mbps.

Sistemas de Tercera Generación (3G)

Características de la Tecnología 3G (CDMA)

Los sistemas de tercera generación utilizan una tecnología denominada CDMA (Code Division Multiple Access – Acceso Múltiple por División en el Código).

• Todos los usuarios utilizan el mismo canal de radio al mismo tiempo, diferenciándose unos de otros mediante códigos especiales con los que se codifican las señales.
• Multiplica la señal del usuario por un código binario especial, denominado código de ensanchamiento.
• El sistema CDMA utilizado en la telefonía 3G es de tipo celular. En cada célula se reutilizan los códigos de ensanchamiento.
• El tamaño de las células no es constante, sino que depende del número de usuarios activos en su interior.
• Utiliza canales de radio de 5 MHz de ancho de banda.
• Permite velocidades de 2 Mbps en bajada y 384 Kbps en subida.

Evolución de 3G: HSPA (High-Speed Packet Access)

HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access)

Es una modificación del sistema 3G diseñada para conseguir una mayor velocidad de datos en el enlace de bajada (downlink).

• Utiliza un canal dedicado para la transmisión de datos.
• A cada usuario se le asignan varios códigos de ensanchamiento.
• Se utilizan modulaciones más avanzadas, como 64QAM.
• Consigue velocidades de hasta 14,4 Mbps en el enlace de bajada, aunque la velocidad de datos se reparte entre todos los usuarios activos en la misma célula.

HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access)

Mejora del sistema 3G enfocada en conseguir mayor velocidad de datos en el enlace de subida (uplink).

HSPA+

Mejora a los sistemas HSDPA y HSUPA, consiguiendo velocidades de hasta 21 Mbps en bajada y de hasta 42 Mbps con la versión HSPA+ 2.

Utiliza la técnica de agregación de canales, permitiendo el uso en bajada de un canal de 10 MHz mediante la agregación de dos canales de 5 MHz.

Tecnología OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)

OFDM es una tecnología clave utilizada en la telefonía móvil 4G, en la TDT (Televisión Digital Terrestre), la tecnología ADSL y las redes Wifi-N y Wifi-AC.

Principales Características de OFDM

• El flujo de bits se envía repartido por un conjunto de subportadoras.
• Reduce significativamente el problema de la atenuación selectiva en frecuencia.
• Las atenuaciones selectivas en frecuencia solamente afectan a unas pocas portadoras, permitiendo que la transmisión se realice sin problemas por el resto de portadoras.
• Permite optimizar al máximo el ancho de banda disponible al utilizar modulaciones más robustas en las portadoras afectadas por atenuación selectiva en frecuencia.