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随着3G技术商用化在世界范围内展开，4G商用标准的遴选工作也在紧锣密鼓地进行着。作为当前最被看好的4G候选技术，LTE/SAE网络的性能正逐渐成为各大运营商与移动用户关注的焦点。为了保证网络的正常运行，3GPP组织在LTE/SAE设计之初就对网络的安全做了细致的规划。可是，这些措施并不能保证网络的足够安全，协议在密钥分发、更新等各方面仍然存在着一定的问题。随着4G商用化进程的不断推进，这些问题必将威胁到移动通信用户的正常使用。
目前，对LTE/SAE网络的研究大多只集中在网络性能、资源管理方面，对通信安全的研究相对较少。鉴于此，本文利用形式化的方法对LTE/SAE通信协议的安全性进行了深入的研究。分别针对AKA、inter-RATHO中的密钥更新过程做出了分析，指出了其中存在的安全隐患。并在此基础上，给出了一些有效的解决方案。
具体的工作包括：
1．利用串空间模型与认证测试方法，对3GPP SAE AKA协议及其改进协议进行了分析，指出了这些协议中存在的安全漏洞，针对该安全漏洞给出了攻击的方法，可导致用户的主密钥泄露，进而导致用户的账户被盗用。
2．在保留原3GPP SAE AKA协议框架的前提下，提出了协议的改进方案。该改进方案解决了原协议的安全问题，并利用串空间模型与认证测试方法形式化地验证了改进协议的安全性。
3．利用串空间模型与认证测试方法，对LTE与UTRAN网络间的切换过程进行了分析，指出了协议中存在的漏洞，针对漏洞给出了攻击的方法，可导致用户的密钥泄露，进而导致用户的账户被盗用。
4．在保留原协议框架的前提下，提出了对LTE与UTRAN网络间切换过程的改进方案，解决了原协议的安全问题，并利用串空间模型与认证测试方法形式化地验证了协议的安全性。
5．针对移动通信终端的特性，设计了一种新型的认证与密钥协商协议，并利用串空间模型与认证测试方法验证了协议的安全性。