Security応用 — 5GCセキュリティの多層防御を俯瞰する¶

学習目標¶

この章を読み終えると、次のことができるようになります。

• 5GCのセキュリティが アクセス層・NAS層・SBA層・ローミング境界 という 多層 で構成されることを地図として説明できる
• SUCI/SUPI秘匿 がなぜ重要か（IMSIキャッチャ対策・プライバシー保護）を説明できる
• 鍵階層（K → CK/IK → KAUSF → KSEAF → KAMF → NAS鍵/AS鍵）の全体像を俯瞰できる
• SBA間のセキュリティ（NF間TLS、NRFによるOAuth 2.0トークン認可、Service Meshの相互TLS）の目的を説明できる
• NIA0/NEA0（Null完全性/Null暗号）が緊急通報など特殊ケース限定であることを説明できる

前提知識¶

• 認証（5G-AKA / EAP-AKA'） — 本章はこの基本認証を「済んだもの」として扱う
• NAS/AS Security・SUCI生成 — 鍵導出とSUCI生成の詳細はこちらへ委譲
• 補助: AUSF（認証NF） / NRF（NF登録・トークン発行） / SEPP（ローミング境界NF） / 用語引き: Security辞典

Why — なぜ多層で守るのか¶

5GCのセキュリティは、単一の仕組みでは守れません。守るべき対象と脅威が場所ごとに違うからです。

• 無線区間 では、傍受・改ざん・なりすまし（偽基地局＝IMSIキャッチャ）が脅威。→ 暗号化・完全性保護・恒久識別子の秘匿で守る。
• 端末とコア（AMF）間の制御信号（NAS） では、位置登録やセッション制御メッセージの保護が必要。→ NAS Securityで守る。
• コア内部のNF間通信（SBA） では、正規でないNFのなりすまし・盗聴が脅威。→ TLSとOAuth認可で守る。
• 事業者網の境界（ローミング） では、他事業者網を経由する信号の保護が必要。→ SEPP/N32で守る。

例え話: 5GCのセキュリティは「城の多重防御」です。外堀（無線区間）、城門の通行証（NAS）、城内の各部屋の入室許可（SBA認可）、隣国との国境検問（ローミング境界）と、層ごとに違う守り方をします。どれか1つが破られても、次の層で止められることが狙いです。

What — 4つの層と特殊ケース¶

5GCのセキュリティは、大きく4つの層で捉えられます（TS 33.501）。

graph TD
    subgraph Access["アクセス層 — 無線区間"]
        A1["AS Security
UE ⇔ gNB
RRC/User Plane 暗号・完全性"]
    end
    subgraph NAS["NAS層 — 端末⇔コア制御信号"]
        N1["NAS Security
UE ⇔ AMF
NAS暗号・完全性 + SUCI秘匿"]
    end
    subgraph SBA["SBA層 — コア内NF間"]
        S1["NF間TLS + OAuth 2.0
NRFがトークン発行
相互TLS (Service Mesh)"]
    end
    subgraph Roam["ローミング境界 — 事業者網間"]
        R1["SEPP / N32
PRINS or TLS"]
    end
    Access --> NAS --> SBA
    NAS -. ローミング時 .-> Roam
    SBA -. ローミング時 .-> Roam

各層の役割を対比します。

How — 各トピックを俯瞰する¶

SUCI/SUPIの秘匿 — プライバシー保護¶

SUPI（Subscription Permanent Identifier） は加入者の恒久識別子（IMSI相当）です。これを無線区間で 平文のまま送ると、偽基地局（IMSIキャッチャ）が捕捉し、個人の追跡が可能 になってしまいます。

5Gでは、SUPIを ホーム網（hPLMN）の公開鍵で暗号化した SUCI（Subscription Concealed Identifier） として送ります。復号できるのはホーム網（UDM/SIDF）だけなので、途中の誰にもSUPIは見えません。暗号方式には ECIES（Elliptic Curve Integrated Encryption Scheme） が使われます（TS 33.501）。

鍵階層の概観¶

認証（5G-AKA/EAP-AKA'）が成功すると、1つの根鍵から用途別の鍵が 階層的に 導出されます。層が下るほど利用範囲が狭まり、上位鍵が漏れても直ちに全鍵が破られない構造です（TS 33.501）。

SBA間のセキュリティ — NF同士のなりすまし防止¶

コア内部でも、NF（AMF, SMF, UDM…）同士のSBI通信を守る必要があります。SBAでは3つの仕組みが重なります（TS 33.501）。

• TLS — NF間のSBI（HTTP/2）通信を暗号化・完全性保護する。盗聴・改ざんを防ぐ。
• OAuth 2.0トークン認可 — NFがサービスを呼ぶとき、NRF が発行する アクセストークン を提示する。呼ばれる側はトークンを検証し、正規に認可されたNFだけを受け付ける。これで「正規でないNFのなりすまし」を防ぐ。
• 相互TLS（mTLS） / Service Mesh — 実装によってはService Meshで相互TLSを張り、双方向でNFを認証する。

ローミング境界のセキュリティ¶

ローミング時、サービング網（vPLMN）とホーム網（hPLMN）の間の信号は、直接ではなく SEPP（Security Edge Protection Proxy） を経由し、N32 インタフェースで保護されます。保護方式には PRINS（アプリ層メッセージ保護、IPX中継対応）と TLS（直接接続）があります。

NIA0 / NEA0 — 「保護なし」が許される特殊ケース¶

• NEA0（Null Encryption Algorithm） — 暗号化を行わないアルゴリズム。
• NIA0（Null Integrity Algorithm） — 完全性保護を行わないアルゴリズム。

これらは通常は使いません。緊急通報（未認証端末での緊急呼など） のような、認証できないが通信させるべき特殊ケースでのみ許容されます（TS 33.501）。

3GPP Specification¶

FAQ¶

Summary¶

• 5GCのセキュリティは アクセス層・NAS層・SBA層・ローミング境界 の 多層防御（TS 33.501）
• SUCI/SUPI秘匿 はプライバシー保護の要。ホーム網公開鍵によるECIES暗号でIMSIキャッチャを無力化
• 鍵階層（K → CK/IK → KAUSF → KSEAF → KAMF → NAS/AS鍵）は下位ほど範囲が狭い
• SBA層 は TLS（暗号）＋ OAuth 2.0トークン（NRF発行の認可）＋ 相互TLSでNFなりすましを防ぐ
• ローミング境界 は SEPP/N32（PRINS or TLS）で守る（詳細は roaming.md）
• NIA0/NEA0 は緊急通報など特殊ケース限定の「保護なし」。通常は使わない

理解度チェック¶

Next Step¶

• 前提の詳細へ戻る: NAS/AS Security・SUCI で鍵導出とSUCI生成を確認
• ローミング境界の守りを深掘り: 同階層の ローミング で SEPP/N32・PRINS/TLS へ
• 緊急通報での NIA0/NEA0 の扱いは 緊急通報 へ
• 用語引きは Security辞典 へ