在5G网络部署完成后,提升网络测试和安全检测能力将成为保障通信网络平稳运行和演进革新的基础,因此研发一款能够实时检测网络,定位网络故障的测试仪表显得尤为重要。本文依托于重庆市科技重大专项“新型移动通信的网络测试技术开发与应用”,针对终端与服务网络之间的认证协议进行安全性分析,提出改进的“轻量级”接入认证协议,并证明了改进后的接入认证方案对终端计算能力的要求低于原协议,基于项目要求实现5G终端接入认证过程和消息完整性保护。主要的工作内容如下:1.简要介绍5G网络基础知识。本文首先总结了2G～4G所使用的接入认证协议及其相关研究,然后详细介绍了5G安全架构及接入机制并分析了5G AKA协议的安全性,指出了其存在的安全问题。2.改进了5G AKA协议。在归属网络发往用户的认证向量MAC的计算中加入归属网络名称,加强了终端对网络的认证。终端与归属网络利用椭圆加密曲线的密钥生成随机数RAND,增加了鉴权参数推导过程中的机密性。此外,修改了认证参数RES*(XRES*)的计算过程,降低了计算冗余。3.介绍了串空间理论。基于串空间理论证明了改进后的5G AKA协议中终端与服务网络之间的协议属性满足弱一致性。然后,通过比较原协议与改进后协议的带宽消耗与计算时间证明改进后的协议相较于原协议对终端计算能力的要求更低。4.在对5G网络架构和终端认证协议进行理论研究的基础上,明确仪表功能需求,提出了5G终端模拟器认证与安全接入系统的设计方案。分析了5G系统的消息完整性保护机制,重点介绍了5G协议中的NIA1算法并构建算法实现函数。5.结合3GPP中制定的相关协议标准,通过RRC及NAS消息数据验证认证与安全确认过程的正确性,并通过对比3GPP提供的测试用例验证了NIA1代码的正确性。