Code Division Multiple Access (CDMA) es un método de acceso a canales que sustenta varias generaciones de comunicaciones móviles, desde las primeras redes 2G en América del Norte y Asia hasta la familia 3G CDMA2000. Mientras el diseño de espectro de CDMA proporciona resistencia inherente a la interferencia de banda estrecha y algunas formas de escuchas, no ofrece seguridad fuerte por sí mismo.

Desafíos de seguridad en las redes de CDMA

Las redes de CDMA enfrentan un conjunto de amenazas de seguridad que se derivan de la naturaleza de la propagación de la radio, la dependencia de claves secretas compartidas y la complejidad de los desvíos entre estaciones de base y portaaviones. Entendir estos desafíos es crucial para apreciar el diseño de las contramedidas de seguridad.

Intercepción de señales y escuchas

A diferencia de las comunicaciones cableadas, las señales inalámbricas viajan a través del aire abierto y pueden ser capturadas por cualquier receptor sintonizado con la frecuencia correcta y equipado con la lógica de demodulación adecuada. Aunque CDMA difunde la señal sobre un ancho ancho ancho de banda usando una secuencia de pseudo-rano, el código de difusión en sí no es un secreto, a menudo se transmite o deriva de estándares disponibles públicamente.

Clonación e identidad

En los primeros despliegues de CDMA, cada dispositivo móvil fue identificado por un número único de serie electrónica (ESN) y un número de identificación móvil (MIN). Los atacantes podrían interceptar el par ESN/MIN sobre el aire y programar un teléfono diferente para disfrazarse como suscriptor legítimo. Este ataque de clonación permitió a los estafadores hacer llamadas cargadas a la cuenta de la víctima.El problema se complicó por la ausencia de una fuerte autentificación mutua en el estándar inicial de CDMA (IS95).

Ataques Hombre-en-el-Middle y Replay

Debido a que las redes de CDMA dependen de la llave de aire, un atacante colocado entre el móvil y la estación base (una “estación base falsa” o “el receptor de IIMSI”) puede obligar al dispositivo a reducir su cifrado o incluso apagar su cifrado por completo. Los ataques de repetición, donde se resentirá una secuencia de autenticación previamente capturada, también son factibles cuando los protocolos de autenticación carecen de garantías de fres (por ejemplo, tiempo).

Denegación del servicio

Un atacante sofisticado puede contener partes del espectro CDMA o enviar mensajes de señalización malformados para interrumpir el servicio para un sector o una estación base entera. Aunque no un problema de confidencialidad o integridad, los ataques de denegación de servicio erosionan la confianza y pueden causar daños económicos.

Técnicas de cifrado en CDMA

La cifrado en sistemas de CDMA protege la confidencialidad de los datos de usuario y la señalización de control. Los algoritmos específicos utilizados han evolucionado desde los criptogramas patentados de 64 bits hasta los estándares de cifrado de forma pública y sólida.

Cifras de transmisión para voz y datos

Los primeros CDMA (IS‐95) utilizaron los códigos de secuencia ORANGE y ORAGE para el cifrado de voz, ambos derivados de la línea celular-industria específica CAVE]

CDMA2000 1xRTT presentó los algoritmos HVX] (Encriptación de voz de alta velocidad) y VTX] (Encriptación de tipo T de rango variable) que aumentaron la longitud de clave a 128 bits y utilizaron configuraciones de LFSR más robustas. Sin embargo, estos seguían siendo de uso público 3

Cifras de bloque para datos de paquete

Para datos con cable de paquete, las redes CDMA2000 se desplazaron de los valores de flujo y adoptaron la norma de cifrado avanzado (AES). La capa de red de bloqueo AES, con claves de 128‐, 192-, o 256 bits, se hizo obligatoria en el estándar de conexión de alta velocidad (HRPD, también conocido como EV‐DO).

Criptografía de clave pública para el establecimiento clave

Las redes de CDMA emplean criptografía asimétrica (público-key) para dos propósitos principales:

  • Intercambio clave de autenticación: El protocolo Diffie‐Hellman (DH) o su variante de curvas elípticas (ECDH), permite que el móvil y la red estén de acuerdo en una clave de sesión compartida incluso sobre un canal inseguro. Esto se utiliza durante el registro inicial y cada llamada posterior en los sistemas 3G.
  • Firmas digitales para elementos de red: Las firmas RSA y ECDSA permiten a un móvil verificar que se está comunicando con una estación base legítima, atenuando ataques de fases falsas. En las normas 3GPP2, el certificado de clave pública de la red se entrega durante el proceso de autenticación.

Protocolos de seguridad en el MDL

Los algoritmos de cifrado son tan fuertes como los protocolos que rigen su uso. CDMA define una pila de protocolo de seguridad capa que cubre la autenticación, la gestión clave, la integridad de los datos y la privacidad.

Protocolos de autenticación

El algoritmo CAVE] formó el corazón de autenticación en redes IS‐95 y CDMA2000 tempranos. Utiliza una clave de autenticación de 64 bits (A‐Key) almacenada en la tarjeta SIM del móvil (o, en teléfonos antiguos, en firmware). Durante la autenticación, la estación base envía un desafío aleatorio de 32 bits (RE) al móvil.

CAVE tenía debilidades conocidas: el A‐Key de 64 bits podría ser recuperado a través de ataques laterales o por fuerza bruta si un atacante obtuvo los pares RAND-SRES. En respuesta, CDMA2000 1x y HRPD adoptaron el AKA] (Authentication and Key Agreement) protocolo originalmente definido por 3GPP para UMTS.

Protocolos de cifrado

La cifrado en CDMA se produce en dos capas:

  • ]Encriptación de aire (OTA): El enlace de radio entre el móvil y la estación base se cifra con las teclas de sesión derivadas durante la autenticación. En IS‐95, la clave de cifrado de voz se generaba desde el A‐Key y una semilla aleatoria. En CDMA2000, la clave de cifrado (CK) de AKA se utiliza para impulsar AES.
  • End-to-end encryption (opcional): Debido a que las estaciones base descifran el tráfico de OTA antes de enviarlo a la red cableada, el operador de red tiene acceso a datos de texto claro. Para lograr la verdadera confidencialidad de extremo a extremo, las aplicaciones deben implementar su propia encriptación (por ejemplo, HTTPS, VoIP-SRTP, o mensajería segura).

Gestión clave

La gestión adecuada de claves es crítica. Las redes de CDMA mantienen una jerarquía de claves:

  • A‐Key / K: El secreto a largo plazo almacenado en el UICC y AuC.
  • SSD:] Un data secreto compartido de 128 bits utilizado para la autenticación provisional y la generación clave de cifrado en 2G/3G CDMA.
  • Claves de sesión (CK, IK):] Derivado por sesión utilizando el protocolo de autenticación, válido sólo durante la sesión de llamadas o datos.
  • Claves de cifrado: Derivado de CK y utilizado directamente por el algoritmo de cifrado.

La distribución clave es manejada por la infraestructura de red: el AuC genera vectores de autenticación y los envía al registro de la estación base de servicio o de la ubicación en el hogar (HLR) a través de enlaces seguros (a menudo protegidos por IPSec o líneas alquiladas dedicadas). El móvil nunca transmite la clave principal — solo las respuestas procesales.

Comprobaciones de integridad

Para asegurar que los datos no se hayan manipulado durante el tránsito, los protocolos de CDMA incluyen códigos de autenticación de mensajes (MACs). En CDMA2000 HRPD, los marcos RLP (Protocolo de enlace radio) están protegidos por un CRC de 16 bits que proporciona detección de errores pero no autenticidad. Para mayor integridad, la capa IP puede utilizar IPsec con AH (Castor de computación de alta) o ESP con protección de integridad.

Evolución de 2G a 3G y 4G

La arquitectura de seguridad de las redes de CDMA ha experimentado una mejora significativa a medida que la tecnología se trasladó del circuito IS-95 a la familia CDMA2000, centrada en paquetes, y luego a los LTE (que, aunque no CDMA, se basa en las lecciones aprendidas).

IS‐95 (2G)

  • Autenticación: CAVE con 64 bits A‐Key, autenticación de una sola vía (la red autentica móvil, no viceversa).
  • Cifrado: Cifras de flujo propietarias (ORANGE, ORYX) con claves de 64 bits; máscara de privacidad para el MIN/ESN.
  • Vulnerabilidades: Claves débiles, clonación, no protección de integridad para la voz, fuerza bruta trivial para el cifrado.

CDMA2000 1x (3G)

  • Autenticación: Opción para CAVE actualizado a 128 bits SSD; posterior introducción de 3GPP AKA (no obligatorio hasta Rev. C).
  • Encriptación: AES obligatorio para los datos de paquetes; HVX/VTX opcional para voz con teclas de 128 bits.
  • Mejoras: llaves más largas, autenticación mutua, protección de la integridad para la señalización a través de RRC (Radio Control de Recursos) integridad.
  • Debilidades: Legacy CAVE permaneció en uso en muchas redes; compatibilidad atrasada permitió ataques de baja calidad.

CDMA2000 EV‐DO Rev. A/B (3.5G)

  • Adoptación completa de AKA con llave maestra de 128 bits.
  • Encriptación: AES‐CTR para datos de usuario; AES‐CBC para mensajes de control.
  • Integridad: AES-CMAC para mensajes de control, reemplazando el MAC basado en CAVE más débil.
  • Seguridad en la red: IPSec recomendado para las conexiones de backhaul entre los nodos de acceso a radio y el núcleo de paquetes.

LTE y Beyond (4G/5G)

Mientras LTE (Long Term Evolution) utiliza OFDMA en lugar de CDMA, los mecanismos de seguridad adoptados por 3GPP para LTE—EPS AKA, 128 bits claves, AES, SNOW 3G y ZUC—representan la evolución madura de los principios aplicados por primera vez en CDMA2000. La transición de CDMA a LTE permitió a los operadores aprovechar nuevos algoritmos mientras mantenían compatibilidad atrasada mediante procedimientos de voz (por ejemplo, CRTx.

Avances y tendencias futuras

Varias tecnologías emergentes y direcciones de investigación prometen fortalecer aún más la seguridad en las redes móviles de próxima generación y orientadas por CDMA.

Encriptación de extremo a extremo (E2EE)

Debido a que el cifrado de accesos radiales termina en la estación base, los operadores de red (y cualquier entidad con acceso a la infraestructura cableada) pueden interceptar tráfico descifrado. El verdadero E2EE es posible sólo cuando las aplicaciones comunicantes manejan el cifrado de forma independiente. Los sistemas operativos móviles ahora ordenan el E2EE para aplicaciones de mensajería (por ejemplo, Signal, WhatsApp), pero para la voz de circuito tradicional, los operadores están implementando soluciones de llamada

Autenticación biométrica y conductual

Además de la autenticación criptográfica, los dispositivos móviles incorporan ahora la huella dactilar, el reconocimiento facial y la autenticación continua basada en el comportamiento.Para los dispositivos basados en CDMA en aplicaciones IoT, estos métodos pueden complementar el AKA basado en SIM proporcionando verificación de segundo factor y detectando patrones de uso anómalos (por ejemplo, movilidad de mano repentina inconsistente con un sensor de IoT fijo).

Cryptografía pos-cuántica

Como avancen las computadoras cuánticas, la seguridad de algoritmos de clave pública como RSA y ECDH puede ser rota. La industria móvil está investigando activamente esquemas criptográficos posquantum (por ejemplo, basados en la celosía, basados en códigos, multivariados) que podrían ser desplegados en futuros protocolos de autenticación. Mientras que CDMA en sí está siendo eliminado, su legado de seguridad influye en el diseño de 5G-Adtumn

Software‐Definido Seguridad de la Red

Con el cambio hacia redes de núcleos virtualizadas RAN y cloud-native, los operadores de CDMA están implementando sistemas de detección de intrusiones basados en máquinas que monitorean patrones de señalización para anomalías indicativas de estaciones de base falsas o tormentas de señalización. Estos sistemas pueden controlar dinámicamente el tráfico de usuarios, ajustar políticas de cifrado o dispositivos comprometidos aislados —capacidades que no fueron posibles en el hardware de funciones fijas de redes de CDMA heredadas.

Conclusión

Los protocolos de seguridad y las técnicas de cifrado en las comunicaciones móviles de CDMA han avanzado desde los valores débiles y patentados a algoritmos robustos y estandarizados internacionalmente respaldados por el escrutinio público. El viaje de CAVE a AKA, y de los cifrados de flujo de 64 bits a 256 bits AES, refleja el creciente reconocimiento de la industria de telecomunicaciones por la seguridad proactiva y estratada.

Más lectura: