CN103685181A - 一种基于srtp的密钥协商方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于SRTP的密钥协商方法，包括发送方检索其支持的AES算法模式，并按加密有效性排序；对各AES算法模式使用随机函数生成相应的密钥；将各AES算法模式及对应的密钥，按密钥协商帧格式封装成密钥协商请求消息数据包并发送给接收方；接收方按照协商请求消息中列出的AES算法模式的顺序，检测其是否支持其中一种模式；接收方将其支持的AES算法模式及对应的密钥，按密钥协商帧格式封装成回复消息数据包并发送给发送方；若回复消息中包含发送方支持的任何一种AES算法模式及对应的密钥，则密钥协商成功；否则密钥协商失败。本发明可提高SRTP的密钥安全性，进而提高SRTP的安全性和实用性。

Description

一种基于SRTP的密钥协商方法
技术领域
本发明涉及一种基于SRTP的密钥协商方法，属于信息安全技术领域。
背景技术
实时传输协议RTP(Real-time Transport Protocol)详细规定了互联网上实时传输音频、视频数据的标准数据包格式，满足了实时音频、视频的应用需求。随着网络安全问题的日益突出，为保证实时传输数据的安全性和完整性，安全实时传输协议SRTP(Secure Real-time Transport Protocol)应运而生，它是在RTP基础上定义的一个协议，旨在为单播和多播应用程序中的实时传输协议的数据提供加密、消息认证、完整性保证和重放保护。
SRTP的帧格式与RTP类似，只是在RTP数据包的最后增加了主密钥标识和认证标签，即增加了加密和认证功能。这样，SRTP一方面可以对RTP的有效负载进行AES加密以防止RTP有效负载的暴露，另一方面也可以对整个RTP数据包进行认证以防止重放攻击。
但是，由于SRTP的密钥一般是通过会话描述协议SDP(Session DescriptionProtocol)进行协商的，而SDP本身并没有得到保护，所以SRTP的密钥也就没有得到真正的保护，这也将导致SRTP的加密及认证失去意义。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于SRTP的密钥协商方法，通过对SRTP的密钥协商过程进行保护，提高SRTP的密钥安全性，从而保证RTP数据包的安全性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于SRTP的密钥协商方法，包括以下步骤：
1)发送方检索自身支持的AES算法模式，并对检索出的AES算法模式按照加密有效性进行排序；
2)针对排序好的AES算法模式，使用随机函数，产生出相应格式的密钥；
3)将排序好的AES算法模式及对应各模式产生出的密钥，按照密钥协商帧格式，封装成密钥协商请求消息数据包；
4)发送方向接收方发送该密钥协商请求消息；
5)接收方接收到该密钥协商请求消息，按照协商请求消息中列出的AES算法模式的顺序，检测其是否支持其中一种模式；
6)接收方将其支持的AES算法模式及对应生成的密钥，按照密钥协商帧格式封装成回复消息数据包，如果接收方不支持所述密钥协商请求消息中任何一种AES算法模式，则回复消息数据包中不包含任何算法和密钥的信息；
7)接收方向发送方发送该回复消息；
8)发送方接收到该回复消息，如果该回复消息中包含发送方所支持的任何一种AES算法模式及该模式对应的密钥，则密钥协商成功；否则密钥协商失败。
进一步地：
所述的基于SRTP的密钥协商方法，还包括步骤：
9)如果密钥协商成功，发送方和接收方使用协商好的AES算法模式，按照SRTP的协议流程进行通信；如果密钥协商失败，发送方和接收方可以按照RTP的协议流程进行通信，也可以结束通信。
所述AES算法是指AES加密算法及HMAC_SHA1认证算法。
所述AES算法模式包括AES_CM_128_HMAC_SHA1_80、AES_CM_128_HMAC_SHA1_32及F8_128_HMAC_SHA1_80。
所述密钥协商帧格式包括接收方IP地址、端口号，发送方IP地址、端口号、AES算法模式及密钥信息。
本发明的优点在于：
1、利用本发明可保证SRTP密钥协商过程的安全性，从而保证SRTP密钥的安全性；
2、由于提高了SRTP密钥的安全性，SRTP对RTP有效负载的加密及对整个RTP包的认证功能也就得到了保证，大大提高了SRTP的实用性；
3、由于保证了SRTP的加密及认证功能，从而最大程度的增加了RTP有效负载的保密性。
附图说明
图1是本发明基于SRTP的密钥协商方法的流程图；
图2是本发明基于SRTP的密钥协商过程的时序图；
图3是本发明的密钥协商帧格式；
图4是应用本发明的基本拓扑图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明基于SRTP的密钥协商方法的流程图，图2是本发明基于SRTP的密钥协商过程的时序图，如图所示，该密钥协商方法包括以下步骤：
S10：发送方检索自身支持的AES算法模式，并对检索出的AES算法模式按照加密有效性进行排序；
由于SRTP使用AES算法，所以本发明的基于SRTP的密钥协商方法同样遵从AES算法(这里的AES算法是指AES加密算法及HMAC_SHA1认证算法)。该AES算法包括三种模式：AES_CM_128_HMAC_SHA1_80、AES_CM_128_HMAC_SHA1_32及F8_128_HMAC_SHA1_80，根据密钥强度的不同，三种模式的加密有效性从高到低排序为：AES_CM_128_HMAC_SHA1_80，AES_CM_128_HMAC_SHA1_32，F8_128_HMAC_SHA1_80(其中，AES_CM_128_HMAC_SHA1_80表示使用带有128位AES的counter模式加密算法以及带有80位的HMAC-SHA1认证算法，AES_CM_128_HMAC_SHA1_32表示使用带有128位AES的counter模式加密算法以及带有32位的HMAC-SHA1认证算法，F8_128_HMAC_SHA1_80表示使用带有128位AES的f8模式加密算法以及带有80位的HMAC-SHA1认证算法)。
S11：针对排序好的AES算法模式，使用随机函数，产生出相应格式的密钥；
随机函数为可随机产生出字母、数字、其他字符及其组合字符串的函数，三种模式可使用相同的随机函数，只需设置不同的随机函数参数，即可产生出不同长度和格式的密钥字符串。
以AES_CM_128_HMAC_SHA1_80为例，对于AES_CM_128加密算法而言，利用随机函数可生成由128位主密钥和112位从密钥组成的240位(30个字节)密钥串，该密钥串经过base64编码后，形成40个字节的协商密钥；对于HMAC_SHA1_80认证算法来说，其中80是以80位为单位，对接收的或者发送的rtp包进行认证，并不产生密钥串，最终，本发明中所涉及到的三种模式的密钥串长度是一致的。
S12：将排序好的AES算法模式及对应各模式产生出的密钥，按照密钥协商帧格式，封装成密钥协商请求消息数据包；
图3是本发明的密钥协商帧格式，如图所示，按照该密钥协商帧格式，密钥协商请求消息中包括消息类型，接收方的IP地址、端口号，发送方的IP地址、端口号，发送方支持且已排序的AES算法模式及各模式对应的密钥。
S13：发送方向接收方发送该密钥协商请求消息；
S14：接收方接收到该密钥协商请求消息，按照协商请求消息中列出的AES算法模式的顺序，检测其是否支持其中一种模式；
检测某种模式时，若接收方同样支持该模式，则不再向下检测，直接按照该模式及随机函数生成相应的密钥；如果不支持该模式，则按照顺序继续检测下一种模式；如果不支持任何一种模式，则不产生任何密钥；
S15：接收方将其支持的AES算法模式及对应生成的密钥，按照密钥协商帧格式封装成回复消息数据包，如果接收方不支持任何AES算法模式，则回复消息数据包中不包含任何算法和密钥的信息；
S16：接收方向发送方发送该回复消息；
S17：发送方接收到该回复消息，如果该回复消息中包含发送方所支持的任何一种AES算法模式及该模式对应的密钥，则密钥协商成功；否则密钥协商失败；
S18：如果密钥协商成功，发送方和接收方使用协商好的AES算法模式，按照SRTP的协议流程进行通信；如果密钥协商失败，发送方和接收方可以按照RTP的协议流程进行通信，也可以结束通信。
以下结合一具体实施例对本发明的基于SRTP的密钥协商方法进行详细说明。
图4是应用本发明的基本拓扑图。如图所示，假设IP话机A与IP话机B要进行基于SRTP的会话。其中，IP话机A的IP地址为192.168.1.2，端口号为20000，其支持三种AES算法模式：即AES_CM_128_HMAC_SHA1_80、AES_CM_128_HMAC_SHA1_32及F8_128_HMAC_SHA1_80；
IP话机B的IP地址为192.168.1.3，端口号为30000，其仅支持一种AES算法模式，即AES_CM_128_HMAC_SHA1_80。
若IP话机A为主叫方，IP话机B为被叫方，按照本发明的密钥协商方法，IP话机A与IP话机B的密钥协商过程如下：
1)IP话机A检索到其共支持三种AES算法模式，并按加密有效性由高到低对这三种AES  算法模式进行排序：算法1为AES_CM_128_HMAC_SHA1_80，算法2为AES_CM_128_HMAC_SHA1_32，算法3为F8_128_HMAC_SHA1_80；
2)对于算法1：AES_CM_128_HMAC_SHA1_80，使用随机函数，产生出密钥1：WVNfX19zZW1jdGwgKCkgewkyMjA7fQp9CnVubGVz|2^20|1:4；
对于算法2：AES_CM_128_HMAC_SHA1_32，使用随机函数，产生出密钥2：MTIzNDU2Nzg5QUJDREUwMTIzNDU2Nzg5QUJjZGVm|2^20|1:4；
对于算法3：F8_128_HMAC_SHA1_80，使用随机函数，产生出密钥3：QUJjZGVmMTIzNDU2Nzg5QUJDREUwMTIzNDU2Nzg5|2^20|2:4。
3)按照密钥协商帧格式，IP话机A生成如下的密钥协商请求消息：
INVITE 192.168.1.330000192.168.1.220000
1AES_CM_128_HMAC_SHA1_80
WVNfX19zZW1jdGwgKCkgewkyMjA7fQp9CnVubGVz|2^20|1:4
2AES_CM_128_HMAC_SHA1_32
MTIzNDU2Nzg5QUJDREUwMTIzNDU2Nzg5QUJjZGVm|2^20|1:4
3F8_128_HMAC_SHA1_80
QUJjZGVmMTIzNDU2Nzg5QUJDREUwMTIzNDU2Nzg5|2^20|2:4
4)IP话机A向IP话机B发送步骤3)中生成的密钥协商请求消息；
5)IP话机B接收到该密钥协商请求消息，将按照算法1、算法2、算法3的顺序检测其支持哪种模式。检测算法1时发现其支持该模式，则不再检测算法2和算法3，而是直接按照算法1及随机函数产生出密钥4：
S1uQCVeeCFCanVmcjkpPywjNWhcYD0mXXtxaVBR|2^20|1:4；
6)按照密钥协商帧格式，IP话机B生成如下的回复消息：
ACK 192.168.1.220000192.168.1.330000
1AES_CM_128_HMAC_SHA1_80
S 1uQCVeeCFCanVmcjkpPywjNWhcYD0mXXtxaVBR|2^20|1:4
7)IP话机B向IP话机A发送步骤6)中生成的回复消息；
8)IP话机A接收到该回复消息，检测到该回复消息中包含其支持的算法1及密钥4，则密钥协商成功；
9)后续IP话机A与IP话机B使用协商好的AES算法模式，按照SRTP的协议流程进行通话。
本发明是通过通信双方对SRTP密钥进行协商，即发送方向接收方发送密钥协商请求消息，该请求消息中携带有发送方支持的AES算法模式及密钥，接收方收到该密钥协商请求消息，检测其支持的AES算法模式并生成相应的密钥，并向发送方发送回复消息，若通信双方有共同支持的算法模式，则密钥协商成功，后续使用协商好的AES算法模式按照SRTP流程通信。本发明可提高SRTP密钥的安全性，进而提高SRTP的安全性和实用性。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于SRTP的密钥协商方法，包括以下步骤：
1)发送方检索自身支持的AES算法模式，并对检索出的AES算法模式按照加密有效性进行排序；
2)针对排序好的AES算法模式，使用随机函数，产生出相应格式的密钥；
3)将排序好的AES算法模式及对应各模式产生出的密钥，按照密钥协商帧格式，封装成密钥协商请求消息数据包；
4)发送方向接收方发送该密钥协商请求消息；
5)接收方接收到该密钥协商请求消息，按照协商请求消息中列出的AES算法模式的顺序，检测其是否支持其中一种模式；
6)接收方将其支持的AES算法模式及对应生成的密钥，按照密钥协商帧格式封装成回复消息数据包，如果接收方不支持所述密钥协商请求消息中任何一种AES算法模式，则回复消息数据包中不包含任何算法和密钥的信息；
7)接收方向发送方发送该回复消息；
8)发送方接收到该回复消息，如果该回复消息中包含发送方所支持的任何一种AES算法模式及该模式对应的密钥，则密钥协商成功；否则密钥协商失败。
2.根据权利要求1所述的一种基于SRTP的密钥协商方法，其特征在于：所述的基于SRTP的密钥协商方法，还包括步骤：
9)如果密钥协商成功，发送方和接收方使用协商好的AES算法模式，按照SRTP的协议流程进行通信；如果密钥协商失败，发送方和接收方可以按照RTP的协议流程进行通信，也可以结束通信。
3.根据权利要求2所述的一种基于SRTP的密钥协商方法，其特征在于：所述AES算法是指AES加密算法及HMAC SHA1认证算法。
4.根据权利要求3所述的一种基于SRTP的密钥协商方法，其特征在于：所述AES  算法模式包括AES_CM_128_HMAC_SHA1_80、AES_CM_128_HMAC_SHA1_32及F8_128_HMAC_SHA1_80。
5.根据权利要求4所述的一种基于SRTP的密钥协商方法，其特征在于：所述密钥协商帧格式包括接收方IP地址、端口号，发送方IP地址、端口号、AES算法模式及密钥信息。
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