Архітектура безпеки ядра 5G на основі віртуалізованих мережевих функцій та узгоджених політик

Abstract

У кваліфікаційній роботі магістра розглянуто проблему забезпечення кібербезпеки у віртуалізованій архітектурі ядра мобільної мережі п’ятого покоління (5G Core). Дослідження спрямоване на розроблення автономної, політико-керованої системи безпеки, здатної забезпечувати узгоджене поширення політик, оперативне реагування на загрози та мінімізацію побічного впливу на легітимні сервіси. У роботі проведено аналіз типових вразливостей 5G Core у контексті технологій NFV, SDN, SBA та network slicing, зокрема уразливостей stateful-фаєрволів, атак на DHCP/Router Advertisement і ризиків, пов’язаних із відсутністю integrity-захисту у User Plane. На основі проведеного аналізу запропоновано ієрархічну архітектуру безпеки з доменним (DSO) і локальним (LSO) оркестраторами, модулем прийняття та реалізації політик (PDP/PEP) і підсистемою виявлення конфліктів політик (Policy Conflict Detector, PCD). Експериментальне моделювання в середовищі Open5GS і Kubernetes підтвердило ефективність запропонованих рішень - скорочення часу реагування, зменшення кількості конфліктів між політиками та підвищення стійкості до атак типу MITM і state pollution.

In the master's qualification thesis, the problem of ensuring cybersecurity in the virtualized architecture of the fifth-generation mobile network core (5G Core) is examined. The research focuses on developing an autonomous, policy-driven security system capable of ensuring consistent policy distribution, rapid threat response, and minimal impact on legitimate services. The study analyzes common vulnerabilities of the 5G Core in the context of NFV, SDN, SBA, and network slicing technologies, including weaknesses of stateful firewalls, attacks on DHCP/Router Advertisement, and risks associated with the lack of integrity protection in the User Plane. Based on the conducted analysis, a hierarchical security architecture is proposed, incorporating domain (DSO) and local (LSO) security orchestrators, a Policy Decision and Enforcement module (PDP/PEP), and a Policy Conflict Detector (PCD) subsystem. Experimental modeling in the Open5GS and Kubernetes environments confirmed the effectiveness of the proposed solutions - reducing response time, decreasing the number of policy conflicts, and increasing resistance to MITM and state-pollution attacks.