專利名稱：一種分組網(wǎng)絡(luò)中語音通信的加密協(xié)商方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種分組網(wǎng)絡(luò)中語音通信加密協(xié)商的方法。
背景技術(shù)：
近十幾年來，分組網(wǎng)上的話音通信技術(shù)(Voice over IP-VoIP)一直是電信行業(yè)和計(jì)算機(jī)行業(yè)的研究熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[1]“Voice over IPFundamentals”，Cisco Press，www.cisco.com。伴隨著VoIP技術(shù)的廣泛使用，如何提高語音通信的安全性就成為一個(gè)關(guān)鍵的問題。對(duì)語音數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，可以保證話音傳輸?shù)臋C(jī)密性?？紤]到語音通信是一種實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的業(yè)務(wù)，對(duì)語音數(shù)據(jù)的加密應(yīng)當(dāng)采用對(duì)稱密鑰算法，而對(duì)稱密鑰算法工作的前提就是必須在話音通信的雙方之間通過協(xié)商共享加密算法和會(huì)話密鑰。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在分組網(wǎng)絡(luò)中話音通信的加密協(xié)商方法。它通過引入公私鑰、消息摘要等機(jī)制，能夠在話音通信的雙方之間共享加密算法、會(huì)話密鑰等信息，從而提高語音通信的安全性和可靠性。
本發(fā)明建立在分組網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)由話音通信終端(IP手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)等)、接入設(shè)備(基站、有線接入路由器等)、注冊(cè)服務(wù)器等功能實(shí)體組成。其中，話音通信終端通過有線或者無線的方式接入網(wǎng)絡(luò)，注冊(cè)服務(wù)器位于核心網(wǎng)絡(luò)中，用于維護(hù)所有通信終端的話音通信相關(guān)信息。見圖1。
本發(fā)明是分組網(wǎng)絡(luò)中語音通信加密協(xié)商的一種實(shí)現(xiàn)方法。每一個(gè)通信終端都有一個(gè)通信標(biāo)志符和一對(duì)公私鑰，其中各通信終端在設(shè)備入網(wǎng)的時(shí)候就把本終端的通信標(biāo)志符和公鑰注冊(cè)到核心網(wǎng)上的注冊(cè)服務(wù)器，同時(shí)在本終端中保存了注冊(cè)服務(wù)器的合法公鑰以及加密算法索引值列表；當(dāng)通信終端開機(jī)或者是越區(qū)切換時(shí)，需要把本機(jī)當(dāng)前的地址信息在注冊(cè)服務(wù)器上進(jìn)行登記；當(dāng)語音呼叫發(fā)起時(shí)，主叫方首先從注冊(cè)服務(wù)器獲取被叫的當(dāng)前地址和公鑰，然后由主叫方指定本次通話的加密算法和密鑰，并通知被叫方，被叫方收到通知消息后，檢查自己是否支持主叫方指定的加密算法，如果支持，被叫向主叫發(fā)送確認(rèn)消息，否則，被叫向主叫發(fā)送相應(yīng)的出錯(cuò)消息，主叫根據(jù)被叫發(fā)來的出錯(cuò)消息，重新選擇加密算法和密鑰。
本發(fā)明是一種分組網(wǎng)絡(luò)中語音通信的加密協(xié)商方法，其實(shí)現(xiàn)方法如下每一個(gè)通信終端都有一個(gè)通信標(biāo)志符，通信標(biāo)志符可以采用電話號(hào)碼的形式也可以采用其它一切合法標(biāo)志符，通信標(biāo)志符用于唯一地標(biāo)志一臺(tái)通話設(shè)備，所有合法的通信標(biāo)志符都具有唯一性相互不重復(fù)。與之對(duì)應(yīng)的是每一臺(tái)通信終端的IP地址是不固定的，因此IP地址不能用來識(shí)別通信終端設(shè)備。為了提高安全性，每一個(gè)通信終端還有一對(duì)公私鑰，其中私鑰被秘密地存放在設(shè)備內(nèi)部不能公開，公鑰連同通信標(biāo)志符在通信設(shè)備最初入網(wǎng)的時(shí)候就注冊(cè)到了核心網(wǎng)上的注冊(cè)服務(wù)器，同時(shí)在注冊(cè)過程中，通信終端設(shè)備也得到并保存了注冊(cè)服務(wù)器的合法公鑰以及加密算法的索引值列表。在成功完成通信標(biāo)志符和公鑰的注冊(cè)之后，通信終端設(shè)備就能夠開通分組網(wǎng)上的話音業(yè)務(wù)了。
因?yàn)槊恳粋€(gè)通信終端設(shè)備的IP地址是不固定的，所以在通信終端每一次啟動(dòng)話音業(yè)務(wù)或者終端設(shè)備發(fā)生移動(dòng)切換而導(dǎo)致IP地址發(fā)生變化時(shí)，都需要把終端最新的地址信息通過ADDR_SET消息通知注冊(cè)服務(wù)器，注冊(cè)服務(wù)器更新數(shù)據(jù)庫(kù)中該終端設(shè)備的相關(guān)記錄。為了便于注冊(cè)服務(wù)器對(duì)終端進(jìn)行身份驗(yàn)證，ADDR_SET消息需要用終端的私鑰進(jìn)行簽名，消息內(nèi)容包括終端設(shè)備的通信標(biāo)志符和地址等信息。
當(dāng)主叫方通信終端需要發(fā)起語音呼叫時(shí)，它將時(shí)間戳連同主叫方和被叫方的通信標(biāo)志符一起通過INFO_REQ消息發(fā)送給核心網(wǎng)上的注冊(cè)服務(wù)器。注冊(cè)服務(wù)器收到INFO_REQ消息后，查詢自己的數(shù)據(jù)庫(kù)找到被叫方當(dāng)前的IP地址和公鑰，然后連同INFO_REQ消息里的時(shí)間戳構(gòu)成INFO_RES消息的明文，并對(duì)消息明文計(jì)算消息摘要，最后對(duì)INFO_RES消息用注冊(cè)服務(wù)器本身的私鑰進(jìn)行簽名并發(fā)送給主叫方。主叫方用注冊(cè)服務(wù)器的公鑰對(duì)INFO_RES消息進(jìn)行解密，然后重新計(jì)算消息明文的摘要信息，并以此來判斷INFO_RES消息的完整性是否遭到破壞，同時(shí)主叫方終端還會(huì)對(duì)比INFO_RES消息中的時(shí)間戳和自己原先記錄的時(shí)間戳，如果兩者相同并且消息完整性檢驗(yàn)通過，則主叫方就使用INFO_RES消息中包含的被叫方當(dāng)前地址和公鑰來繼續(xù)語音通信加密協(xié)商的過程，否則，主叫方必須重新發(fā)送INFO_REQ消息并等待注冊(cè)服務(wù)器的正確回復(fù)。
一旦主叫方從注冊(cè)服務(wù)器得到了被叫方的合法地址和公鑰后，接下來它就會(huì)為本次通信選定一種加密算法并且指定相應(yīng)的會(huì)話密鑰(主叫方也可以設(shè)置加密算法索引值為0表示本次通話無需加密)，加密算法由一個(gè)索引值來表示，不同的加密算法索引值不同，加密算法的索引值列表由注冊(cè)服務(wù)器統(tǒng)一維護(hù)，終端設(shè)備在入網(wǎng)的時(shí)候已經(jīng)從注冊(cè)服務(wù)器處得到并保存了該列表，此外，終端設(shè)備也可以通過LIST_REQ消息動(dòng)態(tài)地向注冊(cè)服務(wù)器請(qǐng)求下載該列表。主叫方選擇的加密算法索引和會(huì)話密鑰構(gòu)成了CIPH_SET消息的明文，在發(fā)送該消息之前，主叫方需要首先計(jì)算消息明文的摘要，然后對(duì)CIPH_SET消息用被叫方的公鑰進(jìn)行加密，并傳遞給被叫終端的當(dāng)前地址。
被叫終端收到CIPH_SET消息后，用自己的私鑰解密該消息，然后重新計(jì)算消息明文的摘要，并以此來判斷CIPH_SET消息的完整性是否遭到破壞，如果消息完整性檢查不通過，被叫方就會(huì)向主叫方發(fā)送CIPH_SET_ERROR消息，錯(cuò)誤類型設(shè)為“完整性檢查失敗”，主叫方收到此類錯(cuò)誤消息后，會(huì)重新傳遞CIPH_SET消息；如果消息完整性檢查通過，被叫終端就會(huì)繼續(xù)檢測(cè)本機(jī)是否支持CIPH_SET消息中指定的加密算法，如果不支持，則被叫終端就會(huì)向主叫方發(fā)送CIPH_SET_ERROR消息，錯(cuò)誤類型設(shè)為“加密算法不支持”，同時(shí)在該類CIPH_SET_ERROR消息中還會(huì)包含被叫終端支持的所有加密算法的索引值信息，當(dāng)主叫方收到此類錯(cuò)誤消息后，會(huì)根據(jù)被叫方支持的加密算法來重新指定本次語音通話的加密算法和會(huì)話密鑰(主叫方也可以設(shè)置加密算法索引值為0表示本次通話無需加密)，然后再次發(fā)送CIPH_SET消息；如果被叫方支持主叫方選定的加密算法，則被叫方會(huì)向主叫方發(fā)送CIPH_SET_CONF消息，當(dāng)主叫方最終收到被叫方發(fā)來的CIPH_SET_CONF消息后，加密協(xié)商過程結(jié)束，通信雙方就可以利用協(xié)商好的加密算法和會(huì)話密鑰來加密語音通信數(shù)據(jù)包了。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)加密協(xié)商過程最多只需要4次握手，簡(jiǎn)單。
2)不同終端可以支持不同的加密算法，靈活性好。
3)引入時(shí)間戳、消息摘要等機(jī)制，可以解決重放攻擊、內(nèi)容篡改等安全性問題。


圖1為分組網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
圖2為一次語音通話所經(jīng)歷的加密協(xié)商過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖2中，一次語音通話所經(jīng)歷的加密協(xié)商的具體步驟如下步驟S2.1主叫方發(fā)出呼叫請(qǐng)求；步驟S2.2主叫方向核心網(wǎng)上的注冊(cè)服務(wù)器發(fā)送INFO_REQ消息，該消息包含了主叫、被叫方信息以及時(shí)間戳，注冊(cè)服務(wù)器向主叫方回復(fù)INFO_RES，該消息用注冊(cè)服務(wù)器的私鑰進(jìn)行簽名，內(nèi)容包括主叫方指定的時(shí)間戳、被叫方當(dāng)前的IP地址、被叫方的公鑰以及消息摘要等；步驟S2.3主叫方用注冊(cè)服務(wù)器的公鑰解密INFO_RES消息，通過時(shí)間戳檢查INFO_RES消息的有效性，通過摘要檢查INFO_RES消息的完整性，如果以上檢查都通過，則進(jìn)入S2.4，否則，返回S2.2；步驟S2.4主叫方為本次語音通信選擇加密算法和會(huì)話密鑰，并向被叫方發(fā)送CIPH_SET消息，該消息使用被叫方的公鑰進(jìn)行加密，內(nèi)容包括主叫方選定的加密算法索引值、會(huì)話密鑰以及消息摘要等；
步驟S2.5被叫方收到CIPH_SET消息，用私鑰解密該消息；步驟S2.6被叫方通過計(jì)算消息摘要判斷CIPH_SET消息的完整性，如果完整性檢查通過，進(jìn)入S2.8，如果消息完整性遭到破壞，進(jìn)入S2.7；步驟S2.7被叫方向主叫方發(fā)送CIPH_SET_ERROR消息，錯(cuò)誤類型是完整性檢查失敗，返回S2.4；步驟S2.8被叫判斷是否支持主叫選定的加密算法，如果支持，進(jìn)入S2.10；否則，進(jìn)入S2.9；步驟S2.9被叫方向主叫方發(fā)送CIPH_SET_ERROR消息，錯(cuò)誤類型是加密算法不支持，該消息中同時(shí)包含了被叫方支持的所有加密算法索引值，返回S2.4；步驟S2.10被叫方向主叫方發(fā)送CIPH_SET_CONF消息，通知主叫方加密信息設(shè)置完畢；步驟S2.11主叫方收到CIPH_SET_CONF消息，加密協(xié)商過程結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種分組網(wǎng)絡(luò)中語音通信的加密協(xié)商方法，其特征在于，每一個(gè)通信終端都有一個(gè)通信標(biāo)志符和一對(duì)公私鑰，其中各通信終端在設(shè)備入網(wǎng)的時(shí)候就把本終端的通信標(biāo)志符和公鑰注冊(cè)到核心網(wǎng)上的注冊(cè)服務(wù)器，同時(shí)在本終端中保存了注冊(cè)服務(wù)器的合法公鑰以及加密算法索引值列表；當(dāng)通信終端開機(jī)或者是越區(qū)切換時(shí)，需要把本機(jī)當(dāng)前的地址信息在注冊(cè)服務(wù)器上進(jìn)行登記；當(dāng)語音呼叫發(fā)起時(shí)，主叫方首先從注冊(cè)服務(wù)器獲取被叫的當(dāng)前地址和公鑰，然后由主叫方指定本次通話的加密算法和密鑰，并通知被叫方，被叫方收到通知消息后，檢查自己是否支持主叫方指定的加密算法，如果支持，被叫向主叫發(fā)送確認(rèn)消息，否則，被叫向主叫發(fā)送相應(yīng)的出錯(cuò)消息，主叫根據(jù)被叫發(fā)來的出錯(cuò)消息，重新選擇加密算法和密鑰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分組網(wǎng)絡(luò)中語音通信的加密協(xié)商方法，其特征是每一個(gè)通信終端都有一個(gè)通信標(biāo)志符(如電話號(hào)碼，可以唯一地標(biāo)志話音通信設(shè)備)和一對(duì)公私鑰，其中各通信終端在設(shè)備入網(wǎng)的時(shí)候就把本終端的通信標(biāo)志符和公鑰注冊(cè)到核心網(wǎng)上的注冊(cè)服務(wù)器，同時(shí)在本終端中保存了注冊(cè)服務(wù)器的合法公鑰以及加密算法索引值列表；當(dāng)通信終端開機(jī)或者是越區(qū)切換時(shí)，需要把本機(jī)私鑰簽名的當(dāng)前地址在注冊(cè)服務(wù)器登記；當(dāng)語音呼叫發(fā)起時(shí)，主叫方將當(dāng)前時(shí)間戳連同通信雙方的信息發(fā)送給核心網(wǎng)上的注冊(cè)服務(wù)器，注冊(cè)服務(wù)器收到主叫方發(fā)來的查詢請(qǐng)求后，向主叫方回復(fù)相應(yīng)消息，回復(fù)消息用注冊(cè)服務(wù)器的私鑰簽名，內(nèi)容包括主叫方指明的時(shí)間戳、被叫方當(dāng)前的IP地址、被叫方的公鑰以及消息摘要等，主叫方收到注冊(cè)服務(wù)器發(fā)來的回復(fù)消息后，用注冊(cè)服務(wù)器的公鑰解密該消息，并通過“時(shí)間戳”和“摘要”字段檢測(cè)消息的有效性和完整性，如果檢測(cè)沒有通過，主叫方需要重新向注冊(cè)服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，如果檢測(cè)通過，主叫方就為本次語音通信選擇加密算法和會(huì)話密鑰，并向被叫方發(fā)送加密設(shè)置消息，該消息用被叫方的公鑰進(jìn)行加密，內(nèi)容包括主叫方選定的加密算法、會(huì)話密鑰以及消息摘要等，被叫方收到加密設(shè)置消息后，用私鑰解密該消息，然后通過“摘要”字段檢測(cè)消息的完整性，如果檢測(cè)不通過，被叫方會(huì)向主叫方發(fā)送相應(yīng)的出錯(cuò)消息，通知主叫方重傳該消息，如果檢測(cè)通過，被叫方檢查本機(jī)是否支持主叫方選定的加密算法，如果不支持，則被叫方會(huì)向主叫方發(fā)送相應(yīng)的出錯(cuò)消息，把被叫方支持的各種加密算法信息通知主叫方，以便讓主叫方重新進(jìn)行加密信息的選擇，如果被叫支持主叫選定的加密算法，則被叫會(huì)向主叫發(fā)送相應(yīng)的確認(rèn)消息，主叫方收到確認(rèn)消息后，加密協(xié)商過程結(jié)束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分組網(wǎng)絡(luò)中語音通信的加密協(xié)商方法，其一次語音通信加密協(xié)商的具體步驟如下步驟S2.1主叫方發(fā)出呼叫請(qǐng)求；步驟S2.2主叫方向核心網(wǎng)上的注冊(cè)服務(wù)器發(fā)送INFO_REQ消息，該消息包含了主叫、被叫方信息以及時(shí)間戳，注冊(cè)服務(wù)器向主叫方回復(fù)INFO_RES，該消息用注冊(cè)服務(wù)器的私鑰進(jìn)行簽名，內(nèi)容包括主叫方指定的時(shí)間戳、被叫方當(dāng)前的IP地址、被叫方的公鑰以及消息摘要；步驟S2.3主叫方用注冊(cè)服務(wù)器的公鑰解密INFO_RES消息，通過時(shí)間戳檢查INFO_RES消息的有效性，通過摘要檢查INFO_RES消息的完整性，如果以上檢查都通過，則進(jìn)入S2.4，否則，返回S2.2；步驟S2.4主叫方為本次語音通信選擇加密算法和會(huì)話密鑰，并向被叫方發(fā)送CIPH_SET消息，該消息使用被叫方的公鑰進(jìn)行加密，內(nèi)容包括主叫方選定的加密算法索引值、會(huì)話密鑰以及消息摘要；步驟S2.5被叫方收到CIPH_SET消息，用私鑰解密該消息；步驟S2.6被叫方通過計(jì)算消息摘要判斷CIPH_SET消息的完整性，如果完整性檢查通過，進(jìn)入S2.8，如果消息完整性遭到破壞，進(jìn)入S2.7；步驟S2.7被叫方向主叫方發(fā)送CIPH_SET_ERROR消息，錯(cuò)誤類型是完整性檢查失敗，返回S2.4；步驟S2.8被叫判斷是否支持主叫選定的加密算法，如果支持，進(jìn)入S2.10；否則，進(jìn)入S2.9；步驟S2.9被叫方向主叫方發(fā)送CIPH_SET_ERROR消息，錯(cuò)誤類型是加密算法不支持，該消息中同時(shí)包含了被叫方支持的所有加密算法索引值，返回S2.4；步驟S2.10被叫方向主叫方發(fā)送CIPH_SET_CONF消息，通知主叫方加密信息設(shè)置完畢；步驟S2.11主叫方收到CIPH_SET_CONF消息，加密協(xié)商過程結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)領(lǐng)域，是分組網(wǎng)絡(luò)中語音通信的一種加密協(xié)商方法。其步驟包括每一個(gè)通信終端都有一個(gè)通信標(biāo)志符和一對(duì)公私鑰，其中各通信終端在設(shè)備入網(wǎng)的時(shí)候就把本終端的通信標(biāo)志符和公鑰注冊(cè)到核心網(wǎng)上的注冊(cè)服務(wù)器；當(dāng)通信終端開機(jī)或者是越區(qū)切換時(shí)，需要把本機(jī)當(dāng)前的地址信息在注冊(cè)服務(wù)器登記；當(dāng)呼叫發(fā)起時(shí)，主叫方首先從注冊(cè)服務(wù)器獲取被叫的當(dāng)前地址和公鑰，然后由主叫方指定本次通話的加密算法和密鑰，并通知被叫方，被叫方收到通知消息后，檢查自己是否支持主叫方指定的加密算法，如果支持，被叫向主叫發(fā)送確認(rèn)消息，否則，被叫向主叫發(fā)送相應(yīng)的出錯(cuò)消息，主叫根據(jù)被叫發(fā)來的出錯(cuò)消息，重新選擇加密算法和密鑰。
文檔編號(hào)H04W12/04GK1710985SQ200510012048
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者孫毅, 金鑫, 田霖, 石晶林 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所