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基于free5gc+UERANSIM的5G注册管理流程及安全服务分析

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发布于 2021-10-22 15:56:02
发布于 2021-10-22 15:56:02
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文章被收录于专栏：FreeBufFreeBuf

一、前言

随着5G的快速建设，5G的安全问题受到越来越多的关注。本文首先借助free5gc和UERANSIM这两个5G开源项目分析了《3GPP TS 23.502》标准中定义的用户注册管理流程，并对《3GPP TS 33.501》5G系统安全结构和流程标准中定义的安全服务进行了流量、代码分析，以帮助安全研究人员增进对5G核心网安全，从而进行安全分析与测试。

本系列分为上下两个部分，上半部分主要介绍《3GPP TS 23.502》中定义的5G用户注册管理的概念，并结合模拟环境对用户注册管理进行分析。下半部分则基于模拟环境对《3GPP TS 33.501》中定义的相关安全服务进行详细分析。

本篇为该系列上半部分。

二、用户注册管理介绍

用户注册管理是用于 UE / 用户和网络之间进行注册和注销，在网络建立上下文的过程，一个 UE / 用户想要获取网络提供的业务必须先向网络进行注册。

注册类型包含以下四种：

初次注册（initial registration） 位置变更引起的网络重新注册（Mobility Registration Update） 周期性注册（Periodic Registration Update） 紧急业务引发的注册（Emergency Registration）

注册管理涉及到的应用场景如下：

UE初次注册网络 UE周期性注册网络 UE位置变更引起的网络重新注册 紧急业务引发的网络注册

三、模拟环境介绍

本节简单介绍了UERANSIM+free5gc环境，用户可以通过使用arp、ifconfig、docker inspect及网桥brctl 相关命令，来收集容器IP及Mac地址相关信息，绘制的组网示意图如下：

如上图所示：环境基于ubuntu 20.04 VMware虚机部署，5gc网元分别部署在虚机的docker容器中。5gc各模拟网元与模拟RAN 通过虚拟网桥进行数据交换。物理机上的VMware 虚拟网卡作为DN(互联网节点)通过虚拟网桥与容器中的UPF对接。详细的搭建方法可以参考沉烽网络安全实验室的文章《free5gc+UERANSIM模拟5G网络环境搭建及基本使用》 。

四、5G注册管理流程分析

参考3GPP TS 23.502 V16.7.0，其协议的流程如下图所示。

下文将基于UERANSIM+free5gc 模拟环境的报文、项目代码、协议标准三位一体的对该注册管理流程进行分析。

4.1 UE发送注册请求

UE发送注册请求(Registration Request)给RAN侧，请求消息中包含了用户的标识(SUPI或SUCI或GUTI)，还包含了本次注册的注册类型，UE的能力等。

协议流程的位置：

对应流程图中step1

4.2 AMF选择

RAN侧收到注册请求后开始做AMF的选择(AMF Selection)，RAN将根据GUTI或者RAT+NSSAI选择一个AMF，如果选择不到，就选择默认的AMF。

协议流程的位置：

对应流程图中step2

4.3 RAN侧向New AMF发送注册请求

RAN向New AMF发送注册请求Registration Request(这里是根据GUTI来选择AMF的)。

协议流程的位置：

对应流程图中step3

报文捕获：

4.4 New AMF会向Old AMF获取UE的上下文信息

由于核心网是不认识GUTI的，所以New AMF会向Old AMF获取UE的上下文信息(SUPI号码)。

协议流程的位置：

对应流程图中step4，step5

代码实现：

定位到free5gc amf项目/amf/ngap/handler.go中的HandleInitialUEMessage函数。

代码语言：javascript
复制
func HandleInitialUEMessage(ran *context.AmfRan, message *ngapType.NGAPPDU) {
amfSelf := context.AMF_Self()

var rANUENGAPID *ngapType.RANUENGAPID
var nASPDU *ngapType.NASPDU
var userLocationInformation *ngapType.UserLocationInformation
var rRCEstablishmentCause *ngapType.RRCEstablishmentCause
var fiveGSTMSI *ngapType.FiveGSTMSI
// var aMFSetID *ngapType.AMFSetID
var uEContextRequest *ngapType.UEContextRequest
// var allowedNSSAI *ngapType.AllowedNSSAI

var iesCriticalityDiagnostics ngapType.CriticalityDiagnosticsIEList

请求IE包括：

id-RAN- UE-NGAP-ID id-NAS-PDU id-UserLocationInformation id-RRCEStablishmentCause id-UEContextRequest 接着由于UERANSIM+free5gc模拟环境属于未部署UDSF场景，New AMF会向Old AMF获取UE的上下文信息，代码实现如下：

代码语言：javascript
复制
if ranUe == nil {
var err error
ranUe, err = ran.NewRanUe(rANUENGAPID.Value)
if err != nil {
ran.Log.Errorf("NewRanUe Error: %+v", err)
}
ran.Log.Debugf("New RanUe [RanUeNgapID: %d]", ranUe.RanUeNgapId)

if fiveGSTMSI != nil {
ranUe.Log.Debug("Receive 5G-S-TMSI")

servedGuami := amfSelf.ServedGuamiList[0]

// <5G-S-TMSI> := <AMF Set ID><AMF Pointer><5G-TMSI>
// GUAMI := <MCC><MNC><AMF Region ID><AMF Set ID><AMF Pointer>
// 5G-GUTI := <GUAMI><5G-TMSI>
tmpReginID, _, _ := ngapConvert.AmfIdToNgap(servedGuami.AmfId)
amfID := ngapConvert.AmfIdToModels(tmpReginID, fiveGSTMSI.AMFSetID.Value, fiveGSTMSI.AMFPointer.Value)

tmsi := hex.EncodeToString(fiveGSTMSI.FiveGTMSI.Value)

guti := servedGuami.PlmnId.Mcc + servedGuami.PlmnId.Mnc + amfID + tmsi

// 如果自上次注册请求过程以来服务AMF已更改，则调用Namf_Communication_UEContextTransfer
// Described in TS 23.502 4.2.2.2.2 step 4 (without UDSF deployment)
if amfUe, ok := amfSelf.AmfUeFindByGuti(guti); !ok {
ranUe.Log.Warnf("Unknown UE [GUTI: %s]", guti)
} else {
ranUe.Log.Tracef("find AmfUe [GUTI: %s]", guti)

if amfUe.CmConnect(ran.AnType) {
ranUe.Log.Debug("Implicit Deregistration")
ranUe.Log.Tracef("RanUeNgapID[%d]", amfUe.RanUe[ran.AnType].RanUeNgapId)
amfUe.DetachRanUe(ran.AnType)
}
// TODO: stop Implicit Deregistration timer
ranUe.Log.Debugf("AmfUe Attach RanUe [RanUeNgapID: %d]", ranUe.RanUeNgapId)
amfUe.AttachRanUe(ranUe)
}
}
}

4.5 AMF向UE来获取身份信息

如果UE的上下文信息获取失败的话，NEW AMF只能向UE来获取身份信息。NEW AMF向UE发送Identity Request。UE向NEW AMF返回Identity Response，发送SUPI或SUCI给NEW AMF。

协议流程的位置：

对应流程图中step6，step7

报文捕获：

代码实现：

定位到free5gc amf项目/amf/ngap/handler.go中的AuthenticationProcedure函数

代码语言：javascript
复制
func AuthenticationProcedure(ue *context.AmfUe, accessType models.AccessType) (bool, error) {
ue.GmmLog.Info("Authentication procedure")

// 判断ue有没有SUCI或SUPI
if IdentityVerification(ue) {
ue.GmmLog.Debugln("UE has SUCI / SUPI")
if ue.SecurityContextIsValid() {
ue.GmmLog.Debugln("UE has a valid security context - skip the authentication procedure")
return true, nil
}
} else {
// 如果没有，amf向ue发送identity request消息，获取SUCI
gmm_message.SendIdentityRequest(ue.RanUe[accessType], nasMessage.MobileIdentity5GSTypeSuci)
return false, nil
}

4.6 AUSF Selection

NEW AMF基于获取的SUPI或SUCI信息来选择一个AUSF，为用户执行接入认证。

协议流程的位置：

对应流程图中step8

报文捕获：

代码实现：

定位到free5gc amf项目/amf/ngap/handler.go中AuthenticationProcedure函数

代码语言：javascript
复制
// 基于SUCI来选择AUSF网元
param := Nnrf_NFDiscovery.SearchNFInstancesParamOpts{}
resp, err := consumer.SendSearchNFInstances(amfSelf.NrfUri, models.NfType_AUSF, models.NfType_AMF, &param)
if err != nil {
ue.GmmLog.Error("AMF can not select an AUSF by NRF")
return false, err
}

4.7 执行鉴权

开始执行鉴权流程(Authentication Security)，AUSF向UDM发起鉴权，获取鉴权向量，完成鉴权流程。详细的5G-AKA鉴权流程分析见文章《基于UERANSIM+free5gc 5G模拟环境的5G_AKA协议解析》。

协议流程的位置：

对应流程图中step9

报文捕获：

4.8 New AMF通知Old AMF，UE在New AMF注册完成

New AMF通知Old AMF，UE在New AMF注册完成。

协议流程的位置：

对应流程图中step10

代码实现：

定位到free5gc amf项目/amf/gmm/handler.go中的HandleInitialRegistration函数

代码语言：javascript
复制
if ue.ServingAmfChanged {
//如果AMF发生了变化，New AMF会通知Old AMF，UE在New AMF注册已完成。req := models.UeRegStatusUpdateReqData{
TransferStatus: models.UeContextTransferStatus_TRANSFERRED,
}

regStatusTransferComplete, problemDetails, err := consumer.RegistrationStatusUpdate(ue, req)
if problemDetails != nil {
ue.GmmLog.Errorf("Registration Status Update Failed Problem[%+v]", problemDetails)
} else if err != nil {
ue.GmmLog.Errorf("Registration Status Update Error[%+v]", err)
} else {
if regStatusTransferComplete {
ue.GmmLog.Infof("Registration Status Transfer complete")
}
}
}

4.9 UDM Selection

鉴权流程结束后，AMF触发UDM选择。其中NRF向AMF返回报文

协议流程的位置：

对应流程图中step13

报文捕获：

代码实现：

定位到free5gc amf项目/amf/gmm/handler.go中的HandleInitialRegistration函数

代码语言：javascript
复制
if ue.ServingAmfChanged || ue.State[models.AccessType_NON_3_GPP_ACCESS].Is(context.Registered) ||
!ue.ContextValid {
if err := communicateWithUDM(ue, anType); err != nil {
return err
}
}

继续定位到free5gc amf项目/amf/gmm/handler.go中的communicateWithUDM函数

代码语言：javascript
复制
func communicateWithUDM(ue *context.AmfUe, accessType models.AccessType) error {
ue.GmmLog.Debugln("communicateWithUDM")
amfSelf := context.AMF_Self()

// UDM selection described in TS 23.501 6.3.8
// TODO: consider udm group id, Routing ID part of SUCI, GPSI or External Group ID (e.g., by the NEF)
param := Nnrf_NFDiscovery.SearchNFInstancesParamOpts{
Supi: optional.NewString(ue.Supi),
}
//基于SUPI来选择UDM
resp, err := consumer.SendSearchNFInstances(amfSelf.NrfUri, models.NfType_UDM, models.NfType_AMF, &param)
if err != nil {
return fmt.Errorf("AMF can not select an UDM by NRF")
}

var uecmUri, sdmUri string
for _, nfProfile := range resp.NfInstances {
ue.UdmId = nfProfile.NfInstanceId
uecmUri = util.SearchNFServiceUri(nfProfile, models.ServiceName_NUDM_UECM, models.NfServiceStatus_REGISTERED)
sdmUri = util.SearchNFServiceUri(nfProfile, models.ServiceName_NUDM_SDM, models.NfServiceStatus_REGISTERED)
if uecmUri != "" && sdmUri != "" {
break
}
}
ue.NudmUECMUri = uecmUri
ue.NudmSDMUri = sdmUri
if ue.NudmUECMUri == "" || ue.NudmSDMUri == "" {
return fmt.Errorf("AMF can not select an UDM by NRF")
}

4.10 注册 Nudm_UECM_registration

AMF向UDM发起注册请求

协议流程的位置：

对应流程图中step14a

报文捕获：

UDM返回201Created，注册成功。

代码实现：

定位到free5gc amf项目/amf/gmm/handler.go中的communicateWithUDM函数

代码语言：javascript
复制
problemDetails, err := consumer.UeCmRegistration(ue, accessType, true)
if problemDetails != nil {
ue.GmmLog.Errorf("UECM_Registration Failed Problem[%+v]", problemDetails)
} else if err != nil {
ue.GmmLog.Errorf("UECM_Registration Error[%+v]", err)
}

接着查看free5gc amf项目/amf/consumer/ue_context_management.go中UeCmRegistration函数

代码语言：javascript
复制
func UeCmRegistration(ue *amf_context.AmfUe, accessType models.AccessType, initialRegistrationInd bool) (
    *models.ProblemDetails, error) {
    configuration := Nudm_UEContextManagement.NewConfiguration()
    configuration.SetBasePath(ue.NudmUECMUri)
    client := Nudm_UEContextManagement.NewAPIClient(configuration)

    amfSelf := amf_context.AMF_Self()

    switch accessType {
    case models.AccessType__3_GPP_ACCESS:
        registrationData := models.Amf3GppAccessRegistration{
            AmfInstanceId:          amfSelf.NfId,
            InitialRegistrationInd: initialRegistrationInd,
            Guami:                  &amfSelf.ServedGuamiList[0],
            RatType:                ue.RatType,
            // TODO: not support Homogenous Support of IMS Voice over PS Sessions this stage
            ImsVoPs: models.ImsVoPs_HOMOGENEOUS_NON_SUPPORT,
        }

        _, httpResp, localErr := client.AMFRegistrationFor3GPPAccessApi.Registration(context.Background(),
            ue.Supi, registrationData)
        if localErr == nil {
            //返回注册成功
            ue.UeCmRegistered = true
            return nil, nil
        } else if httpResp != nil {
            if httpResp.Status != localErr.Error() {
                return nil, localErr
            }
            problem := localErr.(openapi.GenericOpenAPIError).Model().(models.ProblemDetails)
            return &problem, nil
        } else {
            return nil, openapi.ReportError("server no response")
        }
    case models.AccessType_NON_3_GPP_ACCESS:
        //下面是针对非3gpp场景
        registrationData := models.AmfNon3GppAccessRegistration{
            AmfInstanceId: amfSelf.NfId,
            Guami:         &amfSelf.ServedGuamiList[0],
            RatType:       ue.RatType,
        }

        _, httpResp, localErr :=
            client.AMFRegistrationForNon3GPPAccessApi.Register(context.Background(), ue.Supi, registrationData)
        if localErr == nil {
            ue.UeCmRegistered = true
            return nil, nil
        } else if httpResp != nil {
            if httpResp.Status != localErr.Error() {
                return nil, localErr
            }
            problem := localErr.(openapi.GenericOpenAPIError).Model().(models.ProblemDetails)
            return &problem, nil
        } else {
            return nil, openapi.ReportError("server no response")
        }
    }

    return nil, nil
}

4.11 获取 Nudm_SDM_Get

AMF向UDM获取am-data数据、smf-select-data数据和ue-context-in-smf-data数据。

协议流程的位置：

对应流程图中step14b

报文捕获：

获取am-data数据

返回200 OK

获取smf-select-data数据

返回200 ok

获取ue-context-in-smf-data数据

返回200 ok

代码实现：

定位到free5gc amf项目/amf/gmm/handler.go中的communicateWithUDM函数

代码语言：javascript
复制
problemDetails, err = consumer.SDMGetAmData(ue)
    if problemDetails != nil {
        ue.GmmLog.Errorf("SDM_Get AmData Failed Problem[%+v]", problemDetails)
    } else if err != nil {
        return fmt.Errorf("SDM_Get AmData Error[%+v]", err)
    }

    problemDetails, err = consumer.SDMGetSmfSelectData(ue)
    if problemDetails != nil {
        ue.GmmLog.Errorf("SDM_Get SmfSelectData Failed Problem[%+v]", problemDetails)
    } else if err != nil {
        return fmt.Errorf("SDM_Get SmfSelectData Error[%+v]", err)
    }

    problemDetails, err = consumer.SDMGetUeContextInSmfData(ue)
    if problemDetails != nil {
        ue.GmmLog.Errorf("SDM_Get UeContextInSmfData Failed Problem[%+v]", problemDetails)
    } else if err != nil {
        return fmt.Errorf("SDM_Get UeContextInSmfData Error[%+v]", err)
    }

4.12 订阅 Nudm_SDM_Subscribe

AMF向UDM发送订阅请求，UDM需要保存注册的AMF信息。

协议流程的位置：

对应流程图中step14c

报文捕获：

返回201 Created，订阅成功。

代码实现：

定位到free5gc amf项目/amf/gmm/handler.go中的communicateWithUDM函数

代码语言：javascript
复制
problemDetails, err = consumer.SDMSubscribe(ue)
    if problemDetails != nil {
        ue.GmmLog.Errorf("SDM Subscribe Failed Problem[%+v]", problemDetails)
    } else if err != nil {
        ue.GmmLog.Errorf("SDM Subscribe Error[%+v]", err)
        return fmt.Errorf("SDM Subscribe Error[%+v]", err)
    }

接着查看free5gc amf项目/amf/consumer/subscriber_data_management.go中的SDMSubscribe函数

代码语言：javascript
复制
func SDMSubscribe(ue *amf_context.AmfUe) (problemDetails *models.ProblemDetails, err error) {
    configuration := Nudm_SubscriberDataManagement.NewConfiguration()
    configuration.SetBasePath(ue.NudmSDMUri)
    client := Nudm_SubscriberDataManagement.NewAPIClient(configuration)

    amfSelf := amf_context.AMF_Self()
    sdmSubscription := models.SdmSubscription{
        NfInstanceId: amfSelf.NfId,
        PlmnId:       &ue.PlmnId,
    }

    resSubscription, httpResp, localErr := client.SubscriptionCreationApi.Subscribe(
        context.Background(), ue.Supi, sdmSubscription)
    if localErr == nil {
        //UDM向AMF返回订阅信息
        ue.SdmSubscriptionId = resSubscription.SubscriptionId
        return
    } else if httpResp != nil {
        if httpResp.Status != localErr.Error() {
            err = localErr
            return
        }
        problem := localErr.(openapi.GenericOpenAPIError).Model().(models.ProblemDetails)
        problemDetails = &problem
    } else {
        err = openapi.ReportError("server no response")
    }
    return
}

最后UDM向Old AMF发送注销消息，Old AMF删除MM上下文，对应step14d，step14e

4.13 PCF Selection

AMF触发PCF选择(PCF selection)

协议流程的位置：

对应流程图中step15

报文捕获：

代码实现：

定位到free5gc amf项目/amf/gmm/handler.go中的HandleInitialRegistration函数

代码语言：javascript
复制
param := Nnrf_NFDiscovery.SearchNFInstancesParamOpts{
        Supi: optional.NewString(ue.Supi),
    }
    for {
        resp, err := consumer.SendSearchNFInstances(amfSelf.NrfUri, models.NfType_PCF, models.NfType_AMF, &param) 
        if err != nil {
            ue.GmmLog.Error("AMF can not select an PCF by NRF")
        } else {
            // select the first PCF, TODO: select base on other info
            var pcfUri string
            for _, nfProfile := range resp.NfInstances {
                pcfUri = util.SearchNFServiceUri(nfProfile, models.ServiceName_NPCF_AM_POLICY_CONTROL,
                    models.NfServiceStatus_REGISTERED)
                if pcfUri != "" {
                    ue.PcfId = nfProfile.NfInstanceId
                    break
                }
            }
            if ue.PcfUri = pcfUri; ue.PcfUri == "" {
                ue.GmmLog.Error("AMF can not select an PCF by NRF")
            } else {
                break
            }
        }
        time.Sleep(500 * time.Millisecond) // 如果NF接口获取失败这里增加一段延时

4.14 获取接入和移动策略控制信息AMPolicyControlCreate

AMF 执行AM Policy Association Establishment/Modification，获取接入和移动策略控制信息

协议流程的位置：

对应流程图中step16

报文捕获：

返回201 Created

代码实现：

定位到free5gc amf项目/amf/consumer/am_policy.go中的AMPolicyControlCreate函数

代码语言：javascript
复制
func AMPolicyControlCreate(ue *amf_context.AmfUe, anType models.AccessType) (*models.ProblemDetails, error) {
    configuration := Npcf_AMPolicy.NewConfiguration()
    configuration.SetBasePath(ue.PcfUri)
    client := Npcf_AMPolicy.NewAPIClient(configuration)

    amfSelf := amf_context.AMF_Self()

    policyAssociationRequest := models.PolicyAssociationRequest{
        NotificationUri: amfSelf.GetIPv4Uri() + "/namf-callback/v1/am-policy/",
        Supi:            ue.Supi,
        Pei:             ue.Pei,
        Gpsi:            ue.Gpsi,
        AccessType:      anType,
        ServingPlmn: &models.NetworkId{
            Mcc: ue.PlmnId.Mcc,
            Mnc: ue.PlmnId.Mnc,
        },
        Guami: &amfSelf.ServedGuamiList[0],
    }

    if ue.AccessAndMobilitySubscriptionData != nil {
        policyAssociationRequest.Rfsp = ue.AccessAndMobilitySubscriptionData.RfspIndex
    }

    res, httpResp, localErr := client.DefaultApi.PoliciesPost(context.Background(), policyAssociationRequest)
    if localErr == nil {
        locationHeader := httpResp.Header.Get("Location")
        logger.ConsumerLog.Debugf("location header: %+v", locationHeader)
        ue.AmPolicyUri = locationHeader

        re := regexp.MustCompile("/policies/.*")
        match := re.FindStringSubmatch(locationHeader)

        ue.PolicyAssociationId = match[0][10:]
        ue.AmPolicyAssociation = &res

        if res.Triggers != nil {
            for _, trigger := range res.Triggers {
                if trigger == models.RequestTrigger_LOC_CH {
                    ue.RequestTriggerLocationChange = true
                }
                //if trigger == models.RequestTrigger_PRA_CH {
                // TODO: Presence Reporting Area handling (TS 23.503 6.1.2.5, TS 23.501 5.6.11)
                //}
            }
        }

        logger.ConsumerLog.Debugf("UE AM Policy Association ID: %s", ue.PolicyAssociationId)
        logger.ConsumerLog.Debugf("AmPolicyAssociation: %+v", ue.AmPolicyAssociation)
    } else if httpResp != nil {
        if httpResp.Status != localErr.Error() {
            return nil, localErr
        }
        problem := localErr.(openapi.GenericOpenAPIError).Model().(models.ProblemDetails)
        return &problem, nil
    } else {
        return nil, openapi.ReportError("server no response")
    }
    return nil, nil
}

4.15 更新SM上下文消息

AMF向SMF发送通知消息，更新SM上下文消息。

协议流程的位置：

对应流程图中step17

说明：

当注册类型为移动性注册更新，该步骤才应用，故不涉及。

4.17 N2 AMF Mobility Request

对于非3gpp接入的场景，AMF向N3IWF发送通知消息，告知AMF发生了变化，N3IWF向AMF返回了响应。

协议流程的位置：

对应流程图中step18，step19

说明：

不支持

代码语言：javascript
复制
// TODO (step 18 optional):
// If the AMF has changed and the old AMF has indicated an existing NGAP UE association towards a N3IWF, the new AMF
// creates an NGAP UE association towards the N3IWF to which the UE is connectedsend N2 AMF mobility request to N3IWF
// if anType == models.AccessType_NON_3_GPP_ACCESS && ue.ServingAmfChanged {
//     TODO: send N2 AMF Mobility Request

4.18 Registration accept

AMF给UE发送Registration Accept消息

协议流程的位置：

对应流程图中step21

报文捕获：

4.19 Registration Compelte

UE给AMF发送Registration Complete消息，通知AMF注册完成。

协议流程的位置：

对应流程图中step22

报文捕获：

代码实现：

AMF处理HandleUplinkNasTransport，定位到free5gc amf项目/amf/ngap/handler.go中的HandleUplinkNasTransport函数

代码语言：javascript
复制
func HandleUplinkNasTransport(ran *context.AmfRan, message *ngapType.NGAPPDU) {
    var aMFUENGAPID *ngapType.AMFUENGAPID
    var rANUENGAPID *ngapType.RANUENGAPID
    var nASPDU *ngapType.NASPDU
    var userLocationInformation *ngapType.UserLocationInformation

    if ran == nil {
        logger.NgapLog.Error("ran is nil")
        return
    }
    if message == nil {
        ran.Log.Error("NGAP Message is nil")
        return
    }

    initiatingMessage := message.InitiatingMessage
    if initiatingMessage == nil {
        ran.Log.Error("Initiating Message is nil")
        return
    }

    uplinkNasTransport := initiatingMessage.Value.UplinkNASTransport
    if uplinkNasTransport == nil {
        ran.Log.Error("UplinkNasTransport is nil")
        return
    }
    ran.Log.Info("Handle Uplink Nas Transport")

    for i := 0; i < len(uplinkNasTransport.ProtocolIEs.List); i++ {
        ie := uplinkNasTransport.ProtocolIEs.List[i]
        switch ie.Id.Value {
        case ngapType.ProtocolIEIDAMFUENGAPID:
            aMFUENGAPID = ie.Value.AMFUENGAPID
            ran.Log.Trace("Decode IE AmfUeNgapID")
            if aMFUENGAPID == nil {
                ran.Log.Error("AmfUeNgapID is nil")
                return
            }
        case ngapType.ProtocolIEIDRANUENGAPID:
            rANUENGAPID = ie.Value.RANUENGAPID
            ran.Log.Trace("Decode IE RanUeNgapID")
            if rANUENGAPID == nil {
                ran.Log.Error("RanUeNgapID is nil")
                return
            }
        case ngapType.ProtocolIEIDNASPDU:
            nASPDU = ie.Value.NASPDU
            ran.Log.Trace("Decode IE NasPdu")
            if nASPDU == nil {
                ran.Log.Error("nASPDU is nil")
                return
            }
        case ngapType.ProtocolIEIDUserLocationInformation:
            userLocationInformation = ie.Value.UserLocationInformation
            ran.Log.Trace("Decode IE UserLocationInformation")
            if userLocationInformation == nil {
                ran.Log.Error("UserLocationInformation is nil")
                return
            }
        }
    }

    ranUe := ran.RanUeFindByRanUeNgapID(rANUENGAPID.Value)
    if ranUe == nil {
        ran.Log.Errorf("No UE Context[RanUeNgapID: %d]", rANUENGAPID.Value)
        return
    }
    amfUe := ranUe.AmfUe
    if amfUe == nil {
        err := ranUe.Remove()
        if err != nil {
            ran.Log.Errorf(err.Error())
        }
        ran.Log.Errorf("No UE Context of RanUe with RANUENGAPID[%d] AMFUENGAPID[%d] ",
            rANUENGAPID.Value, aMFUENGAPID.Value)
        return
    }

    ranUe.Log.Infof("Uplink NAS Transport (RAN UE NGAP ID: %d)", ranUe.RanUeNgapId)

    if userLocationInformation != nil {
        ranUe.UpdateLocation(userLocationInformation)
    }

    nas.HandleNAS(ranUe, ngapType.ProcedureCodeUplinkNASTransport, nASPDU.Value)
}

最后定位到free5gc amf项目/amf/gmm/handler.go中的HandleRegistrationComplete函数

代码语言：javascript
复制
func HandleRegistrationComplete(ue *context.AmfUe, accessType models.AccessType,
    registrationComplete *nasMessage.RegistrationComplete) error {
    //返回注册完成
    ue.GmmLog.Info("Handle Registration Complete")

    if ue.T3550 != nil {
        ue.T3550.Stop()
        ue.T3550 = nil // clear the timer
    }

五、总结

本文借助free5gc+UERANSIM模拟5G网络环境，通过抓包和源码分析的方式介绍了用户注册管理流程的相关步骤。希望能帮助到对5G知识感兴趣的读者，不足之处请多多指正。

参考资料

沉烽网络安全实验室：《free5gc+UERANSIM模拟5G网络环境搭建及基本使用》 https://www.freebuf.com/articles/wireless/268397.html

沉烽网络安全实验室：《基于UERANSIM+free5gc 5G模拟环境的5G_AKA协议解析》 https://www.freebuf.com/articles/wireless/273792.html

张忠琳：【5G核心网】free5GC 注册请求流程源码分析 https://www.it610.com/article/1292406752595222528.htm

3GPP TS 23 502

3GPP TS 33.501

free5gc https://github.com/free5gc/free5gc

UERANSIM https://github.com/aligungr/UERANSIM

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原始发表：2021-10-20，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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目录
  • 一、前言
  • 二、用户注册管理介绍
  • 三、模拟环境介绍
  • 四、5G注册管理流程分析
    • 4.1 UE发送注册请求
    • 4.2 AMF选择
    • 4.3 RAN侧向New AMF发送注册请求
    • 4.4 New AMF会向Old AMF获取UE的上下文信息
    • 4.5 AMF向UE来获取身份信息
    • 4.6 AUSF Selection
    • 4.7 执行鉴权
    • 4.8 New AMF通知Old AMF，UE在New AMF注册完成
    • 4.9 UDM Selection
    • 4.10 注册 Nudm_UECM_registration
    • 4.11 获取 Nudm_SDM_Get
    • 4.12 订阅 Nudm_SDM_Subscribe
    • 4.13 PCF Selection
    • 4.14 获取接入和移动策略控制信息AMPolicyControlCreate
    • 4.15 更新SM上下文消息
    • 4.17 N2 AMF Mobility Request
    • 4.18 Registration accept
    • 4.19 Registration Compelte
  • 五、总结
  • 参考资料
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