Security protocols are ubiquitously used in various applications with the intention to ensure secure and private communication. To achieve this goal, a mechanism offering reliable and systematic protocol verification is needed. Accordingly, a major interest in academic research on formal methods for protocol analysis has been apparent for the last two decades. Such methods formalize the operational semantics of a protocol, laying the base for protocol verification with automatic model checking tools. So far, little work in this field has focused on protocol standardization. Within this thesis a security analysis of a novel Authenticated Key-Exchange (AKE) protocol for secure association handover between two Long-Term Evolution (LTE) base stations (which support dual-connectivity) is carried out by applying two state-of-the-art tools for automated model checking (Scyther and Tamarin Prover). In the course of this a formal protocol model and tool input models are developed. Finally, the suitability of the used tools for LTE protocol analysis is evaluated. The major outcome is that none of the two applied tools is capable to accurately model and verify the dual-connectivity protocol in such detail that it would make them particularly useful in the considered setting. The reason for this are restrictions in the syntax of Scyther and a degraded performance of Tamarin when using complex protocol input models. However, the use of formal methods in protocol standardization can be highly beneficial, since it implies a careful consideration of a protocol’s fundamentals. Hence, formal methods are helpful to improve and structure a protocol’s design process when applied in conjunction to current practices. / Säkerhetsprotokoll används i många typer av applikationer för att säkerställa säkerhet och integritet för kommunikation. För att uppnå detta mål behövs en behövs mekanismer som tillhandahåller pålitlig och systematisk verifiering av protokollen. Därför har det visats stort akademiskt intresse för forskning inom formell verifiering av säkerhetsprotokoll de senaste två decennierna. Sådana metoder formaliserar protokollsemantiken, vilket lägger grunden till automatiserad verifiering med modellverifieringsverktyg. Än så la¨nge har det inte varit stort focus på praktiska tilla¨mpningar, som t.ex. hur väl metoderna fungerar för de problem som dyker upp under en standardiseringsprocess. I detta examensarbete konstrueras en formell modell för ett säkerhetsprotokoll som etablerar en säkerhetsassociation mellan en terminal och två Long-Term Evolution (LTE) basstationer i ett delsystem kallat Dual Connectivity. Detta delsystem standardiseras för närvarande i 3GPP. Den formella modellen verifieras sedan med bästa tillgängliga verktyg för automatiserad modellverifiering (Scyther och Tamarin Prover). För att åstadkomma detta har den formella modellen implementerats i inmatningsspråken för de två verktygen. Slutligen ha de två verktygen evaluerats. Huvudslutsatsen är att inget av de två verktygen tillräckligt väl kan modellera de koncept där maskinstödd verifiering som mest behövs. Skälen till detta är Scythers begränsade syntax, och Tamarins begränsade prestanda och möjlighet att terminera för komplexa protokollmodeller. Trots detta är formella metoder andvändbara i standardiseringsprocessen eftersom de tvingar fram väldigt noggrann granskning av protokollens fundamentala delar. Därför kan formella metoder bidra till att förbättra strukturen på protokollkonstruktionsprocessen om det kombineras med nuvarande metoder.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-148047 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Pfeffer, Katharina |
| Publisher | KTH, Radio Systems Laboratory (RS Lab) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ICT-EX ; 2014:94 |
Page generated in 0.0019 seconds