随着LTE系统商用化进程的加快,LTE网络的使用率越来越高,覆盖范围越来越广,其中潜在的安全漏洞也不断暴露。为了保护运营商和用户的隐私,确保他们的合法利益不被破坏,我们必须要对LTE系统的安全机制进行分析和研究。网络协议是确保网络服务正常运行的基石,所以对协议信令流程及其具体的功能实现进行安全分析和研究,挖掘其中潜在的安全缺陷,并对安全缺陷进行弥补是必要且有价值的。本文将从几个方面对LTE系统网络协议信令流程和网络协议功能实现的安全性进行分析与研究:首先,对LTE网络系统的基本概念进行介绍,包括无线接入网络的网络结构、分组核心网的网络架构、安全架构以及LTE网络系统现有的安全机制。然后,对鉴权认证与密钥协商流程、切换流程中的密钥更新过程和接入鉴权过程进行安全性分析,挖掘出密钥更新过程缺乏一跳前向安全性的安全缺陷和接入鉴权过程在分布式拒绝服务攻击场景下潜在的HSS可用性缺失的安全缺陷。接着,由于缺乏实际的LTE测试设备,对两款开源LTE仿真平台(OAI和NS3)中的LTE网络协议具体实现代码进行安全审计与安全分析,挖掘出OAI中潜在的SQL注入安全缺陷及NS3中LTE系统潜在的指针越界安全缺陷。并基于NS3仿真平台,搭建LTE网络协议功能实现安全测试平台,对安全缺陷进行测试验证。最后,针对理论分析和测试分析得到的安全缺陷,构造相应的增强方案,并对增强方案的安全性及可行性进行分析。