GSM (Globales System für Mobilkommunikation)

GSM (Global System for Mobile Communications) ist ein digitales Mobilfunknetz, das von Mobilfunknutzern in Europa und anderen Teilen der Welt weit verbreitet ist. GSM verwendet verschiedene Varianten des Time-Shared Multiple Access (TDMA) und ist die am weitesten verbreitete der drei digitalen drahtlosen Technologien: TDMA, GSM und CDMA (Multiple Code Partitioned Access). GSM digitalisiert und komprimiert Daten und sendet sie dann über einen Kanal mit zwei anderen Benutzerdatenströmen, jeder in seinem eigenen Zeitschlitz. Es arbeitet entweder im 900-Megahertz- (MHz) oder im 1 800-MHz-Frequenzband.

GSM ist, zusammen mit anderen Technologien, Teil der Entwicklung der drahtlosen mobilen Telekommunikation, die High-Speed Circuit-Switched Data (HSCSD), General Packet Radio Service (GPRS), Enhanced Data GSM Environment (EDGE) und Universal Mobile Telecommunications Service (UMTS) umfasst.

Geschichte

Die Vorgänger von GSM, darunter das Advanced Mobile Phone System (AMPS) in den Vereinigten Staaten und das Total Access Communication System (TACS) im Vereinigten Königreich, wurden mit analoger Technologie gebaut. Diese Telekommunikationssysteme waren jedoch nicht in der Lage, mit der Einführung von mehr Benutzern eine Größenordnung zu erreichen. Die Unzulänglichkeiten dieser Systeme deuteten auf den Bedarf an effizienterer Mobilfunktechnologie hin, die auch international eingesetzt werden könnte.

Um dieses Ziel zu erreichen, setzte die Europäische Konferenz der Verwaltungen für Post und Fernmeldewesen (CEPT) 1983 einen Ausschuss ein, der einen europäischen Standard für die digitale Telekommunikation entwickeln sollte. Die CEPT entschied, dass das neue System mehrere Kriterien erfüllen muss: Unterstützung für internationales Roaming, hohe Sprachqualität, Unterstützung für mobile Geräte, niedrige Kosten der Dienste, Unterstützung für neue Dienste und die Fähigkeiten der Netze für digitale integrierte Dienste (ISDN).

Im Jahr 1987 unterzeichneten Vertreter von 13 europäischen Ländern ein Abkommen zur Umsetzung des Telekommunikationsstandards. In der Folge verabschiedete die Europäische Union (EU) eine Gesetzgebung, nach der GSM zum Standard in Europa wurde. 1989 wurde die Verantwortung für das GSM-Projekt von der CEPT auf das Europäische Institut für Telekommunikationsnormen (ETSI) übertragen.

Die ersten GSM-basierten Mobilfunkdienste wurden 1991 in Finnland eingeführt. Im selben Jahr wurde das Standard-GSM-Frequenzband von 900 MHz auf 1 800 MHz erweitert. Im Jahr 2010 machte das GSM-Netz 80% des globalen Mobilfunkmarktes aus. Mehrere Telekommunikationsbetreiber haben sich jedoch aus ihren GSM-Netzen zurückgezogen, darunter Telstra in Australien. Im Jahr 2017. Singapur zog sich 2017 aus seinem GSM-2G-Netz zurück.

Netzwerk-Zusammensetzung

Ein GSM-Netz besteht aus vier getrennten Teilen, die zusammenwirken, um als Ganzes zu funktionieren: das Mobilgerät selbst, das Basisstations-Subsystem (BSS), das Netzvermittlungs-Subsystem (NSS) und das Betriebs- und Unterstützungs-Subsystem (OSS).

Das mobile Gerät verbindet sich über Computer-Hardware mit dem Netzwerk. Die SIM-Karte (Subscriber Identification Module) versorgt das Netz mit Informationen zur Identifizierung des mobilen Benutzers.

Ein BSS wickelt den Verkehr zwischen einem Mobiltelefon und einem NSS ab. Es besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Basisstationssender (BTS) und dem Basisstationscontroller (BSC). Ein BTS enthält Geräte, die mit Mobiltelefonen kommunizieren, hauptsächlich Funkempfänger und Antennen, während ein BSC das intelligente Gerät ist, das dahinter steht. Das BSC kommuniziert mit einer Gruppe von Basisstationen und steuert diese.

Der Teil des NSS in einer GSM-Netzarchitektur, oft als Kernnetz bezeichnet, verfolgt den Standort von Anrufern, um mobile Dienste zu ermöglichen. Die Mobilfunkbetreiber sind Eigentümer der NSS. Das NSS besteht aus verschiedenen Teilen, darunter eine mobile Vermittlungsstelle (MSC) und ein Heimatregister (HLN). Diese Komponenten erfüllen verschiedene Funktionen, wie z.B. die Anrufweiterleitung und den Short Message Service (SMS) sowie die Authentifizierung und Speicherung von Kontoinformationen des Anrufers mit Hilfe von SIM-Karten.

Da viele GSM-Netzwerkbetreiber Roaming-Vereinbarungen mit ausländischen Betreibern haben, können die Benutzer ihre Telefone oft noch immer benutzen, wenn sie in andere Länder reisen. SIM-Karten, die über eine Konfiguration für den Zugang zum Heimnetz verfügen, können auf solche mit lokalem Zählerzugang umgestellt werden, was die Roaming-Kosten ohne Nutzungseinschränkungen erheblich senkt.

Einzelheiten zur Sicherheit

Obwohl GSM als sicheres drahtloses System konzipiert wurde, kann es dennoch zu Angriffen kommen. Sie verwendet Authentifizierungsmittel wie die Challenge-Response-Authentifizierung, die den Benutzer zur korrekten Beantwortung der Frage auffordert, und einen gemeinsamen Schlüssel, bei dem es sich um ein Kennwort oder ein Passwort handeln kann.

Es gibt mehrere kryptografische Sicherheitsalgorithmen, die GMS verwenden, darunter auch Streaming-Chiffren, die Ziffern im Klartext verschlüsseln. A5/1, A5/2 und A5/3 sind drei Streaming-Chiffren, die die Privatsphäre Ihres Gesprächs gewährleisten. Allerdings wurden die Algorithmen sowohl für A5/1 als auch für A5/2 gebrochen und veröffentlicht, wodurch sie anfällig für Klartextangriffe sind.

GSM verwendet GPRS, einen Paketkommunikationsdienst, um Daten zu übertragen, z.B. durch Web-Browsing. Allerdings wurden auch Verschlüsselungen, die GPRS, GEA/1 und GEA/2 verwenden, gebrochen und 2011 veröffentlicht. Die Forscher veröffentlichten Open-Source-Software zum Schnüffeln von Paketen im GPRS-Netz.