BIBLIOGRAPHY

Una vez realizado todo el análisis descrito en el presente capitulo y de haber seleccionado los componentes que integraran el sistema se realizara el diseño el cual es la parte principal

de este proyecto, se utilizaran una serie de LED’s (Diodo Emisor de Luz), para indicar el nivel de alcohol en el aliento, el sensor de alcohol MQ-3 del cual se analizaron sus características anteriormente, el PIC 16f877a igualmente descrito, además se utilizara un transistor que nos proporcionara la etapa de potencia necesario para enviar la señal al sistema de arranque acoplado a un relevador.

En la figura 3.19 se muestra la conexión general del diseño y la comunicación del microcontrolador con el teléfono móvil (GSM), además de convertidor ADC y también la

50 conexión con el sistema de encendido del automóvil, que nos servirá para medir el nivel de alcohol y la etapa de potencia; todo esto será integrado en el programa Proteus con el fin de realizar la simulación del sistema.

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CAPITULO IV

Este capitulo presenta las funciones utilizadas del PIC 16f877a para el sistema, posteriormente se localiza el código desarrollado en el software MPLAB y su compilación para descartar errores. Y finalmente la simulación desarrollada con el software de Proteus.

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4.1 TECNOLOGÍA GSM

4.1.1. Arquitectura GSM

La arquitectura GSM consta de varios Subsistemas:

Estación Móvil (MS): Se trata de teléfonos digitales que pueden ir integrados como terminales en vehículos, pueden ser portables e incluso portátiles. Un dispositivo SIM (Subscriber Identify Module) que es básicamente la típica Tarjeta que proporciona la información de servicios e identificación en la Red,

 Subsistema de Estación (BSS): Es una colección de dispositivos que soportan la interface de radio de redes de conmutación. Los principales componentes del BSS son:

 Estación Traceptora de Base (BTS) - Consta de los módems de radio y el equipo de antenas.

 Controlador (BSC) - Gestiona las operaciones de radio de varias BTS y conecta a un único NSS (Network and Switching Sub-System)

 Subsistema de Conmutación y Red (NSS): Proporciona la conmutación entre el subsistema GSM y las redes externas (PSTN, PDN...) junto con las bases de datos utilizadas para la gestión adicional de la movilidad y de los abonados. Los componentes son:

 Centro de conmutación de Servicios Móviles (MSC).

 Registros de Localización Domestico y de Visitas (HLR - VLR)

 Las bases de datos de HLR y VLR se interconectan utilizando la Red de Control SS7.

 Subsistema de Operaciones (OSS) - Responsable del mantenimiento y operación de la Red, de la gestión de los equipos móviles y de la gestión y cobro de cuota.

4.1.2. Movilidad GSM

Una de las características principales utilizadas en todas las redes GSM y satélite, es la capacidad para soportar el "roaming" (poder cambiar de un país a otro) de los usuarios. Utilizando la red de señalización de control, los MSCs interactúan para localizar y conectar a los usuarios en toda la red. Los "Registros de Localización" se encuentran incluidos en las Bases de Datos del MSC para ayudar a la función de determinar cómo y si las conexiones deben realizarse para los usuarios itinerantes (usuarios Roaming). Cada usuario de una estación móvil GSM tiene asignado un HLR que se utiliza para contener la localización del usuario y los servicios del abonado en cuestión. Un registro separado, denominado VLR se utiliza para seguir la pista de localización de un usuario. Cuando el usuario cruza el área cubierta por el HLR, la estación móvil notificara una nueva VLR de su paradero actual. El VLR a su vez utiliza la red de control para señalar la HLR de la nueva localización de la estación móvil. Utilizando esta información, las llamadas

53 terminadas en el móvil se pueden encaminar al usuario utilizando la información de localización contenida en el HLR del usuario.

4.1.3. Servicios GSM

El nivel de gestión de comunicaciones proporciona 3 clases de servicios primarios:

 Control de llamadas

 Servicios Suplementarios

 Servicio de Mensajes Cortos

Los servicios de control de llamadas son responsables del camino de llamadas, determinar quién es el responsable de los costos de la llamada y la organización que tiene que recibir el pago. Los servicios suplementarios son el reenvió de llamadas, llamada en espera, aviso de cargo, passwords, etc.). El nivel de gestión de las comunicaciones incluye servicios para manipular servicios de mensajes cortos, que son más eficientemente manipulados utilizando transferencias orientadas a paquetes que las conexiones tradicionales de conmutación de circuitos soportadas por el sistema GSM principal.

4.1.4. Características de Seguridad

La seguridad en GSM consta de los siguientes aspectos:

 Autenticación de la Identidad del usuario

 Confidencialidad de la Identidad del usuario

 Confidencialidad de los Datos de Señalización

 Confidencialidad de los Datos del Usuario

El usuario se le identifica de forma única utilizando la Identidad de Abonado Móvil Internacional (IMSI). Esta información junto con la clave individual de autenticación de abonado (Ki) constituyen las "credenciales de identificación" sensibles, análogas al ESN (Electronic Serial Number) de los sistemas analógicos como AMPS (Advanced Mobile Phone System) y TACS (Total Access Communication System). El diseño de los esquemas de cifrado y autenticación es tal que esta información sensible nunca se transmite por el canal de radio. En su lugar se utiliza un mecanismo de "desafío- respuesta" para realizar la autenticación. Las conversaciones reales se cifran utilizando una clave temporal de cifrado generada aleatoriamente (Kc). La Estación Móvil (MS) se identifica por medio de la Identidad Temporal de Abonado Móvil (TMSI) que emite la red y puede cambiarse periódicamente (por ejemplo durante momentos de no intervención "hand-off”) para mayor seguridad. Los mecanismos de seguridad de GSM se implementan

en tres elementos diferentes del sistema:

 El Modulo de Identidad del Abonado (SIM)

 El Aparato portátil GSM también denominado Estación Móvil (MS)

54 El SIM contiene la IMSI, la clave individual de autenticación del abonado (Ki), el algoritmo de generación de claves de cifrado (denominado A8), el algoritmo de autenticación (denominado A3) y el Número de Identificación Personal (PIN). El aparato GSM (portátil o portable) contiene el algoritmo de cifrado (denominado A5). Los algoritmos de cifrado (A3, A5 y A8) también están presentes en la red GSM. El Centro de Autenticación (AUC), parte del Subsistema de Operación y Mantenimiento (OMS) de la red GSM consta de una Base de Datos de Información de identificación y autenticación de abonados. Esta información consta de la IMSI, de la TMSI, de la Identidad de Área de Localización (LAI) y de la clave individual de autenticación de abonado para cada usuario. Para que funcionen los mecanismos de autenticación y confidencialidad se requieren tres elementos:

 El SIM

 El aparato GSM

 La red GSM

Esta distribución de credenciales de seguridad y de algoritmos de cifrado proporciona una medida adicional de seguridad para asegurar la privacidad de las conversaciones telefónicas celulares y la prevención de fraude en la telefonía celular. Dentro de la red GSM, la información de seguridad se distribuye entre el AUC (Authentication Center), el Registro de Localización Domestico (HLR) y el Registro de Localización del Visitante (VLR). El Centro de Autenticación (AUC) es responsable de generar los conjuntos de RAND (Numero aleatorio), SRES (Respuesta Firmada) y Kc (clave de cifrado temporal generada aleatoriamente) que se encuentran almacenados en el HLR y en el VLR para su utilización posterior en los procesos de autenticación y cifrado.

4.1.5. Autentificación

La red GSM autentifica la identidad del abonado utilizando un mecanismo de "desafío- respuesta". Se envía a la estación móvil un número aleatorio de 128 bits (RAND). La estación móvil (MS) calcula la respuesta firmada de 32 bits (SRES) basándose en el cifrado del número aleatorio (RAND) con el algoritmo de autenticación (A3) utilizando la clave individual de autenticación de abonado (Ki). Al recibir del abonado la respuesta firmada (RAND), la red GSM repite el cálculo para verificar la identidad del abonado. Está presente en el SIM del abonado, así como en las Bases de Datos del AUC, HLR y VLR. Si el RAND recibido coincide con el valor calculado, la estación móvil ha sido autentificada con éxito y puede continuar. Si los valores no coinciden la conexión se termina y se indica un fallo de autenticación a la estación móvil. El cálculo de la respuesta firmada (RAND) se realiza dentro del SIM. Esto proporciona mayor seguridad, debido a que la información del abonado confidencial como la IMSI o la clave individual de autenticación del abonado (Ki) nunca salen del SIM durante el proceso de autenticación.

4.1.6. Confidencialidad

Todo SIM contiene el algoritmo de generación de claves de cifrado (A8) que se utiliza para producir la clave de cifrado (Kc) de 64 bits. La clave de cifrado se calcula aplicando el mismo número aleatorio (RAND) utilizado en el proceso de autenticación con el

55 algoritmo de generación de la clave de cifrado (A8) con la clave individual de autenticación de abonado (Ki). La clave de cifrado (Kc) se utiliza para cifrar y descifrar los datos transmitidos entre la estación móvil y la estación base. Se proporciona un nivel adicional de seguridad al haber medios para cambiar la clave de cifrado.

La clave de cifrado puede cambiarse a intervalos regulares según lo requieran las consideraciones de seguridad y diseño de red. De una manera similar al proceso de autenticación, el cálculo de la clave de cifrado (Kc) tiene lugar internamente dentro del SIM. Por tanto, la información sensible como la clave individual de autenticación de abonado (Ki) nunca la revela el SIM. Las comunicaciones de datos y voz cifradas entre la estación móvil y la red se realizan utilizando el algoritmo de cifrado A5.

La comunicación cifrada se inicia por un comando de "petición de modo cifrado" desde la red GSM. Al recibir este comando, la estación móvil empieza el cifrado y descifrado de datos utilizando el algoritmo de cifrado (A5) y la clave de cifrado (Kc). El algoritmo A5 es un "cifrador en flujo" formado por tres LFSRs (Linear Feedback Shift Registers) controlados por reloj de grados 19, 22 y 23. El control de reloj es una función "thereshold" de los bits del medio de cada uno de los tres registros desplazamiento. La suma de los grados de los tres registros es 64). La clave de sesión de 64 bits se utiliza para inicializar los contenidos de los registros desplazamiento. El número de trama TDMA de 22 bits se alimenta en los registros desplazamiento. Se generan dos corrientes de claves de 114 bits para cada trama TDMA que son operados con XOR con los canales de tráfico "uplink" y "downlink". En un principio el algoritmo A5 tuvo una longitud de clave "efectiva" de 40 bits, posteriormente 64 bits y en un futuro próximo y nada lejano 128 bits. Los algoritmos A3 y A8 de GSM son funciones unidireccionales "hash" dependientes de la clave. Los algoritmos A3 y A8 de GSM son similares en funcionalidad y se implementan como un único algoritmo denominado COMP128. [14]