header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
“Securing WiMAX converged networks: threats and solutions”
Securing WiMAX converged networks:threats and solutionsSecuring WiMAX converged networks:threats and solutions 
Securing WiMAX converged networks:threats and solutionsSecuring WiMAX converged networks:threats and solutions 
M. TsagkaropoulosM. Tsagkaropoulos
 Dept. Of Electrical and Computer Engineering
Wireless Telecommunications Laboratory
University of Patras
Patras 26500
Greece
Tel: +30-2610-997301
Fax: +30-2610-997302
Email: mtsagaro@ece.upatras.gr
header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
“Securing WiMAX converged networks: threats and solutions”
Agenda:
WiMAX implementation
Security Architecture of 802.16 (WiMAX)
Vulnerabilities and possible solutions
Open Issues
Conclusions
header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
“Securing WiMAX converged networks: threats and solutions”
1990
1995
2000
2005
2010
2015
Fixed
Mobile
Portable
modem
PSTN
14.4 kbps
ISDN
64 kbps
modem
PSTN
56.6 kbps
ADSL
256 kbps
516 kbps
xDSL
2 Mbps
GSM
9.6 kbps
HSCSD
28.8 kbps
GPRS
40 kbps
EGDE
384 kbps
W-CDMA
384 kbps
W-CDMA
2 Mbps
HSDPA
10 Mbps
OFDMA
50 Mbps
802.11b
10 Mbps
802.11g
56 Mbps
802.16
70 Mbps
Broadband technology starts about here
Change of Telecoms Trends
Change of Telecoms Trends
header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
“Securing WiMAX converged networks: threats and solutions”
Converged Network Concept
Converged Network Concept
IP Network
Management
Control Signalling
AP
tower
WiMAX
GGSN
SGSN
UMTS/
WCDMA
AP
WLAN
AAA
Application
Policing
Server
Farm
Internet
header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
“Securing WiMAX converged networks: threats and solutions”
What is WiMAX ?
WiMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access
WiMAX: broadband wireless network based on IEEE 802.16 standard,which ensures compatibility and interoperability between broadbandwireless access (BWA) equipment.
Efficient range of up to 48km.
Provides wireless last-mile broadband access in the Metropolitan AreaNetwork (MAN).
Performance comparable to traditional cable, DSL, or T1 offerings
Enables non line-of-sight performance - broadband network access widelyavailable without the expense of stringing wires.
WiMAX Key points:
High speed of broadband service
Wireless rather than wired access
Broad Coverage
header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
“Securing WiMAX converged networks: threats and solutions”
Security Architecture of WiMAX (1)
IEEE 802.16 specifies the PHY Layer and MAC Layerfor BWA
MAC Layer sublayers:
Service Specific Convergence Sublayer : maps higher leveldata services to MAC layer service flows and connections.
MAC Common Part Sublayer : rules and mechanisms forsystem access, bandwidth allocation, connectionmanagement and QoS decisions for transmission scheduling.
Security Sublayer : provides:
privacy, authentication, and confidentiality
protects against unauthorized access to data transport services
header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
“Securing WiMAX converged networks: threats and solutions”
Figure2
header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
Security Sublayer
header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
“Securing WiMAX converged networks: threats and solutions”
Security Architecture of WiMAX (2)
The security architecture of WiMAX is basedon two component protocols :
 an encapsulation protocol: defines a set of supportedcryptographic suites and the rules for applying thosealgorithms.
a key management protocol (PKM) : synchronizekeying data between Subscriber Station (SS) and BaseStation (BS); the BS enforces conditional access to networkservices.
header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
“Securing WiMAX converged networks: threats and solutions”
Security Layer basic components
Security Associations (SA)
X.509 certificates
Privacy Key Management (PKM)authorization protocol
Privacy Key Management protocol
Encryption
header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
“Securing WiMAX converged networks: threats and solutions”
Security Analysis
Improvements:
Robust protection in the form of certificate-basedencryption
X.509-based PKI (public key infrastructure) certificateauthorization
Base station validates the client’s digital certificate beforepermitting access to the physical layer.
Protection of integrity of data traffic
header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
“Securing WiMAX converged networks: threats and solutions”
Vulnerabilities(1)
Physical threats
JammingJamming :insert noise strong enough to decrease the capacity of thechannel dramatically.
ScramblingScramblingsimilar to jamming but it targets to specific frames orpart of frames for short intervals of time.
Insert malicious dataInsert malicious dataproperly tuned transmitter can write on to thechannel.
Possible solutions
Increase the power of signals or their bandwidth (spreadingtechniques, powerful transmitter or high gain transmission antennasand high gain receiving antennas)
Mechanism to authenticate the data received
header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
“Securing WiMAX converged networks: threats and solutions”
Vulnerabilities (2)
MAC threats
Lack of mutual authentication between the SS andthe BS
Eavesdropping of management traffic or user traffic
Replay Attack: repeat messages
Denial of service (DoS) attacks
Possible solutions
Transient information in the message ( timestamp or a serialnumber)
Forward Error Correction mechanisms
Enhanced authentication mechanisms
header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
“Securing WiMAX converged networks: threats and solutions”
Open Issues
Mutual authentication of communicating entities (issue of appropriate certificates)
Secure encryption scheme of 802.16
Data encryption that adopts:confidentiality, data origin authentication,(connectionless) data integrity, anti-replay service.
header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
“Securing WiMAX converged networks: threats and solutions”
Conclusions
WiMAX has a potential market:Basic component of last mile connections inupcoming NGN Networks
Successful only if:
Ensured security of end-to-end communications
Advanced security implementation
NEXT STEPNEXT STEP
Review of current security infrastructure
Mobility schemes that guarantee security and QoS
header_short
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunications LaboratoryWireless Telecommunications Laboratory
M. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.grM. Tsagkaropoulos mtsagaro@ece.upatras.gr
“Securing WiMAX converged networks: threats and solutions”
Thank you for your attention
Thank you for your attention
UNIVERSITY OF PATRASUNIVERSITY OF PATRAS
Department of Electrical Computer EngineeringDepartment of Electrical Computer Engineering
Wireless Telecommunication LaboratoryWireless Telecommunication Laboratory
Michail TsagkaropoulosMichail Tsagkaropoulos
mailto: mtsagaro@ece.upatras.gr
http://www.wltl.ee.upatras.gr/multimedia_security