CN104683291A - 基于ims系统的会话密钥协商方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于IMS系统的会话密钥协商方法，终端在多媒体服务器中配置有对称加密算法及密钥；主叫方利用第一对称加密算法及密钥对会话密钥进行加密生成第一密文会话密钥，第一密文会话密钥以SIP消息经CSCF服务器传输给多媒体服务器；多媒体服务器接收到该SIP消息，利用第一对称加密算法及密钥对第一密文会话密钥进行解密得到会话密钥，多媒体服务器利用被叫方配置的第二对称加密算法及密钥对会话密钥进行加密生成第二密文会话密钥，第二密文会话密钥以SIP消息经CSCF服务器传输给被叫方，被叫方接收到SIP消息利用第二对称加密算法及密钥对第二密文会话密钥进行解密得到会话密钥。本发明可提高会话密钥传输的安全性。

Description

基于IMS系统的会话密钥协商方法
技术领域
本发明涉及一种基于IMS系统的会话密钥协商方法，属于信息安全技术领域。
背景技术
随着通信和网络技术的发展，IP多媒体系统IMs(IP Multimedia Subsystem)因其能够满足不同终端用户新颖、多样化的多媒体业务需求而得到了广泛的应用和发展。图1是IMS系统的网络拓扑图，如图所示，IMS系统包括多媒体服务器、CSCF(Call Session Control Function：呼叫会话控制功能)服务器及若干IMS终端，其中，多媒体服务器可以是MRF(Media Resource Function：媒体资源功能模块)服务器、AS(Application Server：应用服务器)服务器、HSS(Home Subscriber Server：归属用户服务器)服务器中的一种，主叫方发出的SIP消息经其所属的CSCF服务器、多媒体服务器、被叫方所属的CSCF服务器传输至被叫方。
IMS系统采用SIP协议进行端对端的呼叫控制，利用SIP协议可以很方便地协商会话密钥等媒体参数，但是由于SIP消息在IMS系统中传输时均为明文文本信息，因而协商的会话密钥很容易被窃听到而造成信息的泄漏。采用安全传输层协议TLS在一定程度上可以保证SIP消息的安全传输，但是TLS对终端的要求较高，实现和普及上存在一定的困难。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种基于IMS系统的会话密钥协商方法，利用各终端配置的对称加密算法对会话密钥进行加密，以在IMS系统中传输，可有效提高会话密钥传输的安全性，进而提高媒体流传输的安全性，且对终端没有过高的要求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
基于IMS系统的会话密钥协商方法，IMS系统包括多媒体服务器，CSCF服务器及若干终端，该方法为：
各终端在多媒体服务器中配置好各自的对称加密算法及对应的密钥；主叫方生成会话密钥，并利用其配置的第一对称加密算法及对应的密钥对该会话密钥进行加密生成第一密文会话密钥，该第一密文会话密钥以SIP消息经主叫方所属CSCF服务器传输给多媒体服务器；多媒体服务器接收到携带该第一密文会话密钥的SIP消息，利用该主叫方配置的第一对称加密算法及对应的密钥对该第一密文会话密钥进行解密而生成该会话密钥，多媒体服务器利用被叫方配置的第二对称加密算法及对应的密钥对该会话密钥进行加密生成第二密文会话密钥，该第二密文会话密钥以SIP消息经被叫方所属CSCF服务器传输给被叫方，该被叫方接收到携带该第二密文会话密钥的SIP消息，利用其配置的第二对称加密算法及对应的密钥对该第二密文会话密钥进行解密而得到该会话密钥。
进一步的，
主叫方利用所述第一对称加密算法及对应的密钥对所述会话密钥进行加密而生成的所述第一密文会话密钥，经base64算法进行转换而生成第三密文会话密钥；该第三密文会话密钥以SIP消息经主叫方所属CSCF服务器传输给多媒体服务器，多媒体服务器接收到该携带第三密文会话密钥的SIP消息，先将该第三密文会话密钥进行反base64算法转换而生成所述第一密文会话密钥，然后利用所述第一对称加密算法及对应的密钥对所述第一密文会话密钥进行解密生成所述会话密钥，所述会话密钥经所述第二对称加密算法及对应的密钥进行加密后生成所述第二密文会话密钥，所述第二密文会话密钥经base64算法转换为第四密文会话密钥，该第四密文会话密钥以SIP消息经被叫方所属CSCF服务器传输给被叫方，被叫方接收到该携带第四密文会话密钥的SIP消息后，先对第四密文会话密钥进行反base64算法转换生成所述第二密文会话密钥，然后利用所述第二对称加密算法及对应的密钥对所述第二密文会话密钥进行解密而得到所述会话密钥。
所述终端支持一种或几种对称加密算法，相应的，所述多媒体服务器中配置也配置有对应所述终端的一种或几种对称加密算法及相应的密钥。
主叫方利用随机函数生成随机数，作为所述会话密钥。
所述对称加密算法为DES、AES、3DES加密算法。
本发明的优点在于：
1、可提高会话密钥的传输安全性，进而提高了媒体流的传输安全性；
2、对称加密算法运算速度快但是安全性较低，但由于每次会话的会话密钥均是随机生成的，因而即使本次会话密钥被破解也不影响下次会话的安全性；
3、本发明对SIP协议进行了扩展，如果SIP消息在传输过程中任一节点上不支持该协议扩展可以拒绝请求或进行提示性响应，不必强制升级而影响系统原有功能的兼容性；
4、终端对媒体流进行加密和解密，降低了对IMS核心网络的性能要求，实现了负载均衡。
5、多媒体服务器可以单独实现也可以通过对HSS服务器的功能进行扩展来实现，系统升级较为方便。
附图说明
图1是IMS系统的网络拓扑图。
图2是本发明的方法流程图。
图3是本发明中终端协商会话密钥的时序图。
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描述。
图2是本发明的方法流程图，如图所示，本发明公开的基于IMS系统的会话密钥协商方法是：各终端在多媒体服务器中配置好各自的对称加密算法及对应的密钥；主叫方生成会话密钥，并利用其配置的第一对称加密算法及对应的密钥对会话密钥进行加密生成第一密文会话密钥，该第一密文会话密钥以SIP消息经主叫方所属CSCF服务器传输给多媒体服务器；多媒体服务器接收到携带该第一密文会话密钥的SIP消息，利用主叫方配置的第一对称加密算法及对应的密钥对该第一密文会话密钥进行解密而生成会话密钥(明文)，多媒体服务器利用被叫方配置的第二对称加密算法及对应的密钥对该会话密钥进行加密生成第二密文会话密钥，该第二密文会话密钥以SIP消息经被叫方所属CSCF服务器传输给被叫方，被叫方接收到携带该第二密文会话密钥的SIP消息，利用其配置的第二对称加密算法及对应的密钥对第二密文会话密钥进行解密而得到会话密钥。
为进一步加强会话密钥传输的安全性，主叫方利用第一对称加密算法及对应的密钥对会话密钥进行加密而生成的第一密文会话密钥，可进一步经base64算法进行转换而生成第三密文会话密钥；该第三密文会话密钥以SIP消息经主叫方所属CSCF服务器传输给多媒体服务器，多媒体服务器接收到该携带第三密文会话密钥的SIP消息，先将第三密文会话密钥进行反base64算法转换而生成第一密文会话密钥，然后利用第一对称加密算法及对应的密钥对第一密文会话密钥进行解密生成会话密钥，该会话密钥经第二对称加密算法及对应的密钥进行加密后生成第二密文会话密钥，该第二密文会话密钥经base64算法转换为第四密文会话密钥，该第四密文会话密钥以SIP消息经被叫方所属CSCF服务器传输给被叫方，被叫方接收到该携带第四密文会话密钥的SIP消息后，先对第四密文会话密钥进行反base64算法转换生成第二密文会话密钥，然后利用第二对称加密算法及对应的密钥对第二密文会话密钥进行解密而得到会话密钥。
图3是本发明中终端协商会话密钥的时序图，各终端在多媒体服务器(M1)中配置了各自的对称加密算法及对应的密钥，这里要说明的是，终端可以支持一种或几种对称加密算法，如DES、AES、3DES中的一种或几种，相应地，多媒体服务器中也配置有对应该终端的一种或几种对称加密算法及相应的密钥。
于图3所示的实施例中，假设终端A可以支持DES和AES两种加密算法，其在多媒体服务器中也配置了DES及AES两种加密算法，但是在一次传输会话密钥的过程中，选择使用DES加密算法(以下称为加密算法E1)，对应的密钥为P1；同时，终端B在多媒体服务器中配置了AES加密算法(以下称为加密算法E2)，对应的密钥为P2；
如图所示，终端协商会话密钥的具体步骤如下：
1)主叫方生成会话密钥K；
可使用随机函数生产随机数作为会话密钥，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，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。
2)主叫方利用加密算法E1及密钥P1对会话密钥K进行加密，生成密文K1，密文K1经base64算法转换为密文K2；
3)主叫方将携带加密算法E1及密文K2信息的SIP消息发送给其所属的CSCF服务器C1以进行认证和授权；
该携带加密算法E1及密文K2信息的SIP消息为：在SIP INVITE消息中添加“Requre：MediaEcrypt”的扩展，并在SDP消息体中添加a=keyencrypt：E1，a=mediaencrypt：E1’和k=base64：K2等内容，其中，E1为会话密钥的加密算法，E1’为媒体流的加密算法(会话密钥协商成功后，将开始媒体流的传输)，媒体流可以采用DES、AES等加密算法。
这里要注意的是，该SIP消息必须携带加密算法E1的相关信息，这是由于终端有可能支持多种加密算法，多媒体服务器中也相应的配置了多种加密算法，若终端不指明具体使用了哪种加密算法，多媒体服务器将无法从多种加密算法中进行选择。
4)CSCF服务器C1将授权后的SIP消息发送给多媒体服务器；
5)多媒体服务器接收到该SIP消息后，解析出消息中携带的加密算法E1、密文K2，多媒体服务器先将密文K2进行反base64算法转换而得到密文K1，利用主叫方配置的加密算法E1及对应的密钥P1对K1进行解密，解密后得到会话密钥K；
6)多媒体服务器利用被叫方配置的加密算法E2及对应的密钥P2对会话密钥K进行加密，生成密文K3，然后将密文K3经base64算法转换为密文K4；
7)多媒体服务器将携带加密算法E2及密文K4信息的SIP消息经CSCF服务器C2发送给被叫方；
该携带加密算法E2及密文K4信息的SIP消息为：SIP INVITE消息中添加“Requre：MediaEcrypt”的扩展字段，更新SDP消息体中的字段a=keyencrypt：E2，k=base64：K4等内容。
8)被叫方收到该SIP消息，解析出SIP消息中的加密算法E2及密文K4，将密文K4进行反base64算法转换为密文K3，然后利用加密算法E2及对应的密钥P2对密文K3进行解密，解密后得到会话密钥K；
之后，主叫方和被叫方利用协商好的会话密钥K进行会话，会话开始后双方开始传输媒体流，该媒体流使用加密算法E1’进行加密而传输，由终端对媒体流进行加密和解密，降低了对IMS核心网络的性能要求，实现了负载均衡。需要说明的是，扩展后的SIP消息在IMS系统中传输过程中，若遇到任一节点不支持该协议扩展，可以拒绝请求或是进行提示性响应，不必强制升级而影响原有系统功能的兼容性。另外，本发明中的多媒体服务器可以单独实现也可以通过对HSS服务器的功能进行扩展来实现，系统升级较为方便。
本发明利用各终端配置的对称加密算法对会话密钥进行加密以在IMS系统中进行传输，可有效提高会话密钥传输的安全性，进而提高了媒体流的传输安全性，且对称加密算法运算速度快，对终端没有过高的要求；每次会话的会话密钥均随机产生，因而即使泄露了本次会话的会话密钥，也不影响下次会话的会话密钥进行安全传输。
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.基于IMS系统的会话密钥协商方法，IMS系统包括多媒体服务器，CSCF服务器及若干终端，其特征在于，该方法为：
各终端在多媒体服务器中配置好各自的对称加密算法及对应的密钥；主叫方生成会话密钥，并利用其配置的第一对称加密算法及对应的密钥对该会话密钥进行加密生成第一密文会话密钥，该第一密文会话密钥以SIP消息经主叫方所属CSCF服务器传输给多媒体服务器；多媒体服务器接收到携带该第一密文会话密钥的SIP消息，利用该主叫方配置的第一对称加密算法及对应的密钥对该第一密文会话密钥进行解密而生成该会话密钥，多媒体服务器利用被叫方配置的第二对称加密算法及对应的密钥对该会话密钥进行加密生成第二密文会话密钥，该第二密文会话密钥以SIP消息经被叫方所属CSCF服务器传输给被叫方，该被叫方接收到携带该第二密文会话密钥的SIP消息，利用其配置的第二对称加密算法及对应的密钥对该第二密文会话密钥进行解密而得到该会话密钥。
2.如权利要求1所述的基于IMS系统的会话密钥协商方法，其特征在于，主叫方利用所述第一对称加密算法及对应的密钥对所述会话密钥进行加密而生成的所述第一密文会话密钥，经base64算法进行转换而生成第三密文会话密钥；该第三密文会话密钥以SIP消息经主叫方所属CSCF服务器传输给多媒体服务器，多媒体服务器接收到该携带第三密文会话密钥的SIP消息，先将该第三密文会话密钥进行反base64算法转换而生成所述第一密文会话密钥，然后利用所述第一对称加密算法及对应的密钥对所述第一密文会话密钥进行解密生成所述会话密钥，所述会话密钥经所述第二对称加密算法及对应的密钥进行加密后生成所述第二密文会话密钥，所述第二密文会话密钥经base64算法转换为第四密文会话密钥，该第四密文会话密钥以SIP消息经被叫方所属CSCF服务器传输给被叫方，被叫方接收到该携带第四密文会话密钥的SIP消息后，先对第四密文会话密钥进行反base64算法转换生成所述第二密文会话密钥，然后利用所述第二对称加密算法及对应的密钥对所述第二密文会话密钥进行解密而得到所述会话密钥。
3.如权利要求2所述的基于IMS系统的会话密钥协商方法，其特征在于，所述终端支持一种或几种对称加密算法，相应的，所述多媒体服务器中配置也配置有对应所述终端的一种或几种对称加密算法及相应的密钥。
4.如权利要求3所述的基于IMS系统的会话密钥协商方法，其特征在于，主叫方利用随机函数生成随机数，作为所述会话密钥。
5.如权利要求3所述的基于IMS系统的会话密钥协商方法，其特征在于，所述对称加密算法为DES、AES、3DES加密算法。
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