Security chanllenges in 5G network slicing : a theoretical analysis and framework proposal

Abstract

This dissertation analyses the security challenges associated with network slicing in 5th Generation (5G) architectures, with a particular focus on how vulnerabilities across the or- chestration, virtualisation, and communication layers can undermine isolation guarantees. Although network slicing enables flexible multi-tenant services, the sharing of resources and the presence of complex interdependencies broaden the attack surface. Exploratory tests conducted using open-source platforms such as Free5GC, Open Source MANO (OSM), and User Equipment Radio Access Network Simulator (UERANSIM) revealed significant lim- itations in terms of maturity and compatibility, highlighting the gap between theoretical models and practical implementations. To address this issue, a structured taxonomy of vulnerabilities was developed to clas- sify security weaknesses across the different layers of the network slicing system and to analyse them through representative attack scenarios. Building on this analysis, a concep- tual security framework is proposed, integrating preventive, monitoring, and automated response mechanisms to strengthen slice isolation and resilience. The framework empha- sises adaptive security through continuous monitoring and dynamic policy enforcement, thereby contributing to the secure design of future 5G and beyond-5G networks.

Esta dissertação analisa os desafios de segurança associados ao network slicing em arquite- turas 5G, com particular enfoque em como vulnerabilidades nas camadas de orquestração, virtualização e comunicação podem comprometer as garantias de isolamento. Embora o network slicing permita serviços multi-tenant flexíveis, a partilha de recursos e a pre- sença de interdependências complexas alargam a superfície de ataque. Testes exploratórios realizados com plataformas open source como Free5GC, OSM e UERANSIM revelaram limitações significativas em termos de maturidade e compatibilidade, evidenciando o des- fasamento entre os modelos teóricos e as implementações práticas. Para responder a esta problemática, foi desenvolvida uma taxonomia estruturada de vulnerabilidades para classificar fraquezas de segurança nas diferentes camadas do sistema de network slicing e analisá-las através de nove cenários de ataque representativos. Com base nesta análise, é proposto um enquadramento conceptual de segurança que integra mecanismos preventivos, de monitorização e de resposta automatizada para reforçar o isolamento e a resiliência das slices. O modelo enfatiza uma segurança adaptativa, baseada em monitorização contínua e aplicação dinâmica de políticas, contribuindo para o desenho seguro de redes 5G e de e de futuras gerações.