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网络切片 实践篇 #12

5GC实践篇之切片篇第2篇：初始注册携带NSSAI未携带5G-GUTI的切片选择流程

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5GC实践篇之切片篇第2篇：初始注册携带NSSAI但未携带5G-GUTI的切片选择流程

作者：爱卫生

1 测试背景与用例简介

在切片篇第1篇中，我们分析了UE携带5G-GUTI和Requested NSSAI发起初始注册的场景。本篇我们将视角转向一个略有不同的场景：UE在初始注册时携带了NSSAI信息，但未携带5G-GUTI，而是使用SUCI（Subscription Concealed Identifier）作为身份标识。

这种场景在实际网络中并不少见。当UE首次入网、之前的GUTI已过期、或者UE检测到PLMN变化时，UE无法使用有效的5G-GUTI，必须通过SUCI来标识自身身份。SUCI是对SUPI（Subscription Permanent Identifier，即IMSI）的加密保护形式，能够有效防止IMSI Catcher等安全攻击。

本篇的核心关注点是：当AMF收到一个以SUCI标识身份、同时携带Requested NSSAI的注册请求时，AMF需要额外执行哪些步骤来完成切片选择？与第1篇相比，哪些流程发生了变化？

2 协议规范与关键技术

2.1 核心协议参考

本篇涉及的3GPP协议规范主要包括：

  • TS 23.501：定义了使用SUCI进行初始注册时的切片选择流程，以及SUCI的生成和解析规则。

  • TS 24.501：规定了当UE无有效5G-GUTI时，如何在Registration Request消息中使用SUCI作为Mobile Identity，以及在Security Mode Complete消息中携带Requested NSSAI。

  • TS 33.501：定义了5G安全架构，包括SUCI的加密机制（基于公钥加密的ECIES方案）。

  • TS 29.503（UDM服务接口）：定义了AMF如何通过Nudm_SDM_Get从UDM获取UE签约数据。

2.2 SUCI详解

SUCI（Subscription Concealed Identifier）是5G引入的重要安全增强机制。其结构如下：


SUCI = <SUPI Type> + <Home Network ID> + <Routing Indicator> + <Protection Scheme ID> + <Home Network Public Key ID> + <Scheme Output>
字段 说明
SUPI Type 标识类型（0=IMSI，1=Network Specific）
Home Network ID MCC + MNC
Routing Indicator 路由指示符，用于AUSF/UDM发现
Protection Scheme ID 加密方案标识（0=null scheme, 1=ECIES Profile A, 2=ECIES Profile B）
Home Network Public Key ID 归属网络公钥标识
Scheme Output 加密后的SUPI信息

2.3 本场景与第1篇的关键差异

对比维度 第1篇（携带5G-GUTI） 本篇（携带SUCI）
UE标识方式 5G-GUTI SUCI
AMF上下文获取 可通过GUTI查找已有上下文 无已有上下文，必须新建
UDM交互 获取签约数据（刷新） 获取签约数据（首次）
安全流程 可复用已有安全上下文 必须执行完整鉴权流程
NSSAI携带时机 Registration Request中 Security Mode Complete中
AMF选择效率 RAN可通过GUTI路由 RAN通过NSSAI或Default路由

2.4 NAS安全模式与NSSAI传递

本场景的一个重要特点是：UE在Registration Request中携带SUCI发起注册，但Requested NSSAI的携带时机可能在Security Mode Complete消息中。这是因为：

  1. 初始消息阶段使用SUCI，网络尚未验证UE身份

  2. 鉴权和安全模式建立后，NAS消息获得加密和完整性保护

  3. 在安全通道建立后携带Requested NSSAI，可以防止切片信息被窃听或篡改

3 消息流程与详细解读

3.1 整体流程图


sequenceDiagram

    participant UE as UE终端

    participant RAN as gNB(RAN)

    participant AMF as AMF

    participant UDM as UDM

    participant AUSF as AUSF

    UE->>RAN: RRC Setup<br/>携带SUCI

    RAN->>AMF: NGAP: Initial UE Message<br/>携带SUCI

    AMF->>AUSF: Nausf_UEAuthentication<br/>发起鉴权请求

    AUSF-->>AMF: 鉴权结果

    AMF->>UE: Security Mode Command

    UE->>AMF: Security Mode Complete<br/>携带Requested NSSAI

    AMF->>UDM: Nudm_SDM_Get<br/>获取UE签约数据(含Subscribed NSSAI)

    UDM-->>AMF: 返回签约切片数据

    AMF->>AMF: 计算Allowed NSSAI<br/>Requested与Subscribed交集<br/>检查本AMF支持的切片

    AMF-->>UE: Registration Accept<br/>携带GUTI+Allowed NSSAI+Configured NSSAI

    UE->>AMF: Registration Complete

3.2 流程详细解读

步骤1：UE发起注册请求（携带SUCI）

UE通过RRC连接向RAN发送注册请求，携带SUCI作为身份标识。由于没有有效的5G-GUTI，RAN无法根据GUAMI进行精确的AMF选择。此时RAN可以采用以下策略之一选择AMF：

  • 根据RRC中可能携带的NSSAI信息（如果UE在RRC层也携带了NSSAI）

  • 使用Default AMF（RAN配置的默认AMF）

  • 通过NSSF查询确定目标AMF

步骤2：鉴权与安全模式建立

由于UE使用SUCI而非5G-GUTI，AMF无法获取UE已有上下文，必须执行完整的5G-AKA或EAP-AKA鉴权流程。AMF通过SUCI中的Home Network ID和Routing Indicator找到对应的AUSF和UDM，完成鉴权。

鉴权成功后，AMF发起Security Mode Command，建立NAS安全上下文。在安全模式建立完成后，UE通过Security Mode Complete消息携带Requested NSSAI。

步骤3：AMF获取签约数据

鉴权成功并建立安全上下文后，AMF向UDM发起Nudm_SDM_Get请求，获取UE的签约数据。签约数据中包含：

  • Subscribed NSSAI（UE签约的所有切片）

  • Default NSSAI（标记为默认的切片）

  • 其他签约信息（如DNN、QoS等）

步骤4：AMF确定Allowed NSSAI

与第1篇相同，AMF执行三重校验计算Allowed NSSAI：


Allowed NSSAI = Requested NSSAI 

                ∩ Subscribed NSSAI 

                ∩ AMF Supported NSSAI

同时计算Configured NSSAI（可选）：


Configured NSSAI = AMF Configured NSSAI ∩ Subscribed NSSAI

步骤5：注册接受

AMF向UE发送Registration Accept消息，携带：

  • 新分配的5G-GUTI（供后续使用）

  • Allowed NSSAI（网络允许的切片列表）

  • Configured NSSAI（可选，网络配置的切片）

步骤6：注册完成

UE确认收到Registration Accept，保存新的5G-GUTI和切片信息，发送Registration Complete消息。

3.3 SUCI场景下的AMF选择流程


flowchart TD

    A[UE发送Registration Request<br/>携带SUCI无GUTI] --> B[RAN收到SUCI]

    B --> C{RAN能否根据NSSAI选择AMF}

    C -->|能| D[RAN路由到支持对应切片的AMF]

    C -->|不能| E[RAN选择Default AMF]

    E --> F[AMF收到注册请求]

    D --> F

    F --> G[AMF解密SUCI获取SUPI]

    G --> H[执行5G-AKA鉴权]

    H --> I[建立NAS安全上下文]

    I --> J[UE在Security Mode Complete中携带Requested NSSAI]

    J --> K[AMF获取签约数据]

    K --> L[计算Allowed NSSAI]

    L --> M{Allowed NSSAI非空且本AMF支持}

    M -->|是| N[当前AMF继续服务发送Registration Accept]

    M -->|否| O[查询NSSF确定目标AMF]

    O --> P[触发AMF重选]

4 关键信令参数分析

4.1 Registration Request消息参数（SUCI场景）

参数 取值示例 说明
Registration Type Initial Registration 初始注册
Mobile Identity SUCI: type=IMSI, MCC=460, MNC=88 加密后的用户标识
UE security capability NR SA, 5G-EIA1/2/3, 5G-EEA1/2/3 安全能力
5GS Drx Parameters DRX cycle = T32 (optional) DRX参数

注意：在此场景下，Registration Request消息中不携带Requested NSSAI（或仅携带部分），NSSAI信息将在Security Mode Complete中携带。

4.2 Security Mode Complete中的NSSAI

参数 取值示例 说明
Requested NSSAI SST=1, SD=010203; SST=3 UE请求的切片列表
NAS security algorithms NEA2, NIA2 选择的加密/完整性算法

4.3 Registration Accept消息参数

参数 取值示例 说明
5G-GUTI 460-88-01-02-00-0x12345678 新分配的临时标识
Allowed NSSAI SST=1, SD=010203; SST=3 允许使用的切片
Configured NSSAI SST=1, SD=010203; SST=1, SD=040506 网络配置的切片

4.4 UDM签约数据交互（Nudm_SDM_Get）

AMF向UDM发送的请求中包含SUCI解析后的SUPI，UDM返回的签约数据中切片相关部分：


{

  "amData": {

    "nssai": {

      "defaultSingleNssais": [

        {"sst": 1, "sd": "010203"},

        {"sst": 1, "sd": "040506"}

      ],

      "singleNssais": [

        {"sst": 1, "sd": "010203"},

        {"sst": 1, "sd": "040506"},

        {"sst": 3}

      ]

    }

  }

}

4.5 SUCI结构示例（脱敏后）


SUCI:

  SUPI Type: IMSI (0)

  MCC: 460

  MNC: 88

  Routing Indicator: 0001

  Protection Scheme: ECIES Profile A (1)

  Home Network Public Key ID: 1

  Scheme Output: [加密后的MSIN数据]

5 测试验证与数据解读

5.1 NAS消息跟踪分析

Registration Request（脱敏后，携带SUCI）：


NAS-MSG:

  Protocol Discriminator: 5GS Mobility Management

  Security Header Type: Plain NAS message

  Message Type: Registration Request (0x41)

  5GS Registration Type:

    Registration Type: Initial Registration

  Mobile Identity:

    Type: SUCI

    SUPI Type: IMSI

    MCC: 460, MNC: 88

    Routing Indicator: 0001

    Protection Scheme: ECIES Profile A

    Public Key ID: 1

    Encrypted Output: 0xA3B4...[encrypted MSIN]

  UE Security Capability:

    5G-EIA: EIA1/2/3 supported

    5G-EEA: EEA1/2/3 supported

注意与第1篇的区别：Mobile Identity字段使用SUCI而非5G-GUTI，且消息中未携带Requested NSSAI。

Security Mode Complete（携带Requested NSSAI）：


NAS-MSG:

  Protocol Discriminator: 5GS Mobility Management

  Security Header Type: Integrity Protected and Ciphered

  Message Type: Security Mode Complete (0x5F)

  IMEISV: 46088000XXXXXXX (脱敏)

  Requested NSSAI:

    S-NSSAI 1: SST=1, SD=010203

    S-NSSAI 2: SST=3

  NAS Message Container: [加密容器]

Registration Accept（脱敏后）：


NAS-MSG:

  Protocol Discriminator: 5GS Mobility Management

  Security Header Type: Integrity Protected and Ciphered

  Message Type: Registration Accept (0x42)

  5G-GUTI:

    MCC: 460, MNC: 88

    AMF Region ID: 0x01

    AMF Set ID: 0x02

    AMF Pointer: 0x00

    5G-TMSI: 0x12345678

  Allowed NSSAI:

    S-NSSAI 1: SST=1, SD=010203

    S-NSSAI 2: SST=3

  Configured NSSAI:

    S-NSSAI 1: SST=1, SD=010203

    S-NSSAI 2: SST=1, SD=040506

5.2 关键分析点

  1. Requested NSSAI在Security Mode Complete中携带：与第1篇不同，本场景中UE选择在NAS安全上下文建立后才发送切片请求信息，体现了5G安全设计的严谨性。

  2. 两个S-NSSAI全部进入Allowed NSSAI：SST=1/SD=010203和SST=3都在UE签约数据中且AMF支持，因此全部被允许。

  3. 5G-GUTI首次分配：由于UE此前没有有效的5G-GUTI（使用SUCI注册），AMF在Registration Accept中分配新的5G-GUTI，UE将保存此GUTI用于后续信令交互。

5.3 AMF CLI验证

在AMF上查看UE上下文信息（脱敏后）：


AMF-Version# show ue context imsi 4608800000XXXXXX

UE Context Information:

  SUPI        : 4608800000XXXXXX

  SUCI        : sutype-0-460-88-0001-sch1-key1

  GPSI        : 86138000XXXXXX

  5G-GUTI     : 460-88-01-02-00-0x12345678

  RM State    : RM-REGISTERED

  CM State    : CM-IDLE

  Security Context:

    KSI: 2

    Algorithms: NEA2 / NIA2

  TAC         : 46088

  Allowed NSSAI:

    S-NSSAI 1: SST=1, SD=010203

    S-NSSAI 2: SST=3

  Subscribed NSSAI:

    S-NSSAI 1: SST=1, SD=010203 (default)

    S-NSSAI 2: SST=1, SD=040506 (default)

    S-NSSAI 3: SST=3

从AMF的UE上下文可以看到：

  • UE当前RM状态为RM-REGISTERED，注册成功

  • 安全上下文已建立，使用NEA2/NIA2算法

  • Allowed NSSAI包含两个S-NSSAI，与Registration Accept一致

  • Subscribed NSSAI中前两个标记为default，当UE未请求任何NSSAI时将作为默认切片

6 小结与思考

6.1 本篇小结

本篇分析了UE使用SUCI（而非5G-GUTI）携带Requested NSSAI发起初始注册的场景。核心要点如下：

  1. SUCI的安全价值：使用SUCI替代明文IMSI，从根源上防范了IMSI Catcher攻击，这是5G相比4G的重要安全增强。

  2. NSSAI的延迟携带：本场景中Requested NSSAI可能在Security Mode Complete中携带，确保切片请求信息在加密通道中传输，防止切片偏好被窃听。

  3. 额外的UDM交互：由于没有5G-GUTI，AMF无法获取UE已有上下文，必须通过完整鉴权流程后首次从UDM获取签约数据，流程比第1篇更长。

  4. AMF选择的不确定性：RAN无法通过GUAMI精确选择AMF，可能导致UE初始接入的AMF并非最优，需要在后续步骤中通过NSSF查询进行纠正。

6.2 延伸思考

问题1：为什么不在Registration Request中直接携带Requested NSSAI？

实际上，3GPP规范允许在Registration Request中携带Requested NSSAI。但在SUCI场景下，由于NAS安全上下文尚未建立，切片请求信息以明文传输存在一定安全风险。某些运营商或设备厂商可能选择在Security Mode Complete中携带，以增强安全性。两种方式都是协议允许的。

问题2：如果RAN选择的Default AMF不支持UE请求的切片怎么办？

这是一个典型的AMF重选场景。当Default AMF收到注册请求后发现无法为UE请求的切片提供服务时，AMF会向NSSF查询，获取支持对应切片的目标AMF信息，然后通过NGAP Routing/Error Indication等方式将UE重定向到目标AMF。我们将在第5篇详细分析这一流程。

问题3：SUCI的ECIES加密方案如何工作？

SUCI使用ECIES（Elliptic Curve Integrated Encryption Scheme）对SUPI中的MSIN部分进行加密。UE使用归属网络预配置的公钥加密MSIN，生成密文和 ephemeral public key。只有归属网络的UDM/AUSF持有对应的私钥才能解密。即使中间节点（包括AMF）也无法获取UE的真实IMSI，需要UDM解密后通过信令告知。

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