基于H.323協(xié)議的VoIP安全問題探討

電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化 姚玉坤　劉合武 2007/12/11

圖1 基于H.323VoIP網(wǎng)絡(luò)體系示意圖

圖1中，H.323VoIP網(wǎng)絡(luò)的各實(shí)體的功能如下。

　　H.323終端是IP網(wǎng)絡(luò)中能提供實(shí)時(shí)、雙向通信的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，也是一種終端用戶設(shè)備，可以和網(wǎng)關(guān)、多點(diǎn)接入控制單元進(jìn)行多媒體通信。

　　網(wǎng)關(guān)用于連接H.323網(wǎng)絡(luò)與非H.323網(wǎng)絡(luò)（如ISDN，POTS），網(wǎng)關(guān)通過轉(zhuǎn)換呼叫建立和釋放協(xié)議，來轉(zhuǎn)換兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的不同媒體格式。

　　關(guān)守主要負(fù)責(zé)電話號碼和IP地址之間的轉(zhuǎn)換。它們還負(fù)責(zé)管理帶寬并提供終端登記和認(rèn)證機(jī)制。同時(shí)關(guān)守還提供了諸如呼叫傳輸、呼叫轉(zhuǎn)發(fā)等服務(wù)。

　　MCU提供對三方終端以上的電話會議的支持。所有參與會議的終端與MCU建立一個(gè)連接。MCU管理會議資源，語音（視頻）編碼算法，還可以管理媒體流。

　　H.323協(xié)議是一個(gè)龐大的協(xié)議族，其中又包括許多相關(guān)的子協(xié)議，形成了一個(gè)協(xié)議棧，如圖2所示。

圖2 H.323協(xié)議棧

　　從圖2可以看到，H.225.0和H.245是H.323系統(tǒng)的核心協(xié)議。H.225.0負(fù)責(zé)呼叫控制，主要包括兩部分：呼叫接納信令（RAS）和呼叫信令協(xié)議。RAS主要用于傳送終端登記信息、認(rèn)證信息和呼叫處理信息；呼叫信令協(xié)議基于Q.931而制定，主要用于完成呼叫建立過程，也常稱為Q.931信令。H.245用于媒體控制，主要實(shí)現(xiàn)媒體流通信信道的建立、維護(hù)和釋放。RTCP是媒體流實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議，RTP是媒體流實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議。媒體流安全傳輸將使用H.245信道中給出的算法與密鑰進(jìn)行編碼。

　　H.323終端之間建立通信關(guān)系通常執(zhí)行四個(gè)控制過程：RAS，H.225.0呼叫控制（Q.931信令），連接控制（H.245）及媒體RTP信道建立的過程。

　　圖3簡要描述了一個(gè)基于H.323的PC2PC的VoIP呼叫的建立過程以及呼叫過程中各相關(guān)協(xié)議的控制作用。當(dāng)一個(gè)H.323終端想要與另一個(gè)端點(diǎn)建立呼叫時(shí)，首先，源端點(diǎn)使用RAS信令從一個(gè)關(guān)守那里獲得許可；然后，源端點(diǎn)使用H.225.0呼叫控制（Q.931信令）來建立與目的端點(diǎn)的通信；接著，源端點(diǎn)使用H.245連接控制信令與目的端點(diǎn)協(xié)商媒體參數(shù)并建立RTP信道；最后，兩端點(diǎn)通過RTP信道進(jìn)行媒體傳送。

圖3 H.323的呼叫建立過程與協(xié)議控制

3、基于H.323的VoIP安全分析

3.1VoIP的安全威脅

　　VoIP作為一種多媒體通信服務(wù)運(yùn)行在IP網(wǎng)上，語音分組數(shù)據(jù)包是在IP網(wǎng)中傳輸?shù)模捎贗P網(wǎng)絡(luò)的開放性、可獲得性及廣域性，所有在互聯(lián)網(wǎng)中存在的安全問題，VoIP系統(tǒng)同樣存在。VoIP受到多方面的安全威脅，主要有：

　�。�1）DoS攻擊：DoS（拒絕服務(wù)）攻擊是包括任何導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常提供服務(wù)的攻擊，最基本的DoS攻擊就是利用合理的服務(wù)器請求來占用過多的服務(wù)資源，從而使合法用戶無法得到服務(wù)的響應(yīng)。目前，基于H.323的VoIP系統(tǒng)采用了很多開放端口用于呼叫建立和業(yè)務(wù)傳輸。在呼叫建立過程中，如果沒有做好認(rèn)證工作，就為DoS攻擊提供了機(jī)會。

　�。�2）服務(wù)竊取：一方面是竊取合法用戶身份，假冒合法用戶身份，例如通過網(wǎng)絡(luò)竊聽方式竊取使用者IP電話的登錄密碼就可以獲得使用賬號的權(quán)利。另一方面是冒充合法的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的欺騙，例如通過冒充合法的關(guān)守，在終端沒有進(jìn)行對關(guān)守進(jìn)行認(rèn)證的情況下，不法分子獲得用戶的登錄口令等個(gè)人信息。

　�。�3）信令流的監(jiān)聽：由于H.323信令的開放性，任何人可以通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽的方式監(jiān)聽VoIP通信建立過程的信令流，從而惡意用戶可以進(jìn)行對信令流的篡改并可造成會話劫持、中間人攻擊、電話跟蹤等后果。

　　（4）媒體流的監(jiān)聽：基于H.323的VoIP通信采用RTP/RTCP作為語音信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)膮f(xié)議。由于協(xié)議具有開放性的特點(diǎn)，惡意用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽器監(jiān)聽媒體流，如果可以理解媒體流內(nèi)容即可破壞媒體流的機(jī)密性。

3.2VoIP安全要求

　　上述VoIP系統(tǒng)存在的安全問題，實(shí)際上就是由信息的保密性、完整性、真實(shí)性得不到保證和通信主體的認(rèn)證不足而造成的。要做到VoIP通信的安全，就應(yīng)該加強(qiáng)安全措施來保證信息的保密性、完整性、真實(shí)性和實(shí)現(xiàn)通信主體的認(rèn)證以及通信事件的不可否認(rèn)性。

　　如圖3所示，一次VoIP通信過程主要包括4個(gè)階段，即RAS信道、H.225.0（Q.931）信道、H.245信道和媒體RTP信道順序建立的過程。其中，前三個(gè)是信令信道，最后一個(gè)是媒體傳輸信道。H.323安全性不僅僅要求對RAS、H.225.0（Q.931）、H.245等呼叫建立過程中的信令進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)也要求對多媒體數(shù)據(jù)流本身進(jìn)行保護(hù)，防止機(jī)密信息被竊取。

　　因此，要實(shí)現(xiàn)安全的H.323VoIP業(yè)務(wù)，首先要保證終端或MCU與關(guān)守之間安全傳遞RAS消息，以完成安全注冊，確保只有合法用戶可以使用H.323業(yè)務(wù)并進(jìn)行相應(yīng)的資源使用授權(quán)，如國際、長途業(yè)務(wù)授權(quán)等。

　　在保證RAS安全基礎(chǔ)上，建立起安全的呼叫連接信道（H.225.0（Q.931）信道）與呼叫控制（H.245）信道來保證信令流安全，然后在此基礎(chǔ)上，為采用RTP協(xié)議的實(shí)時(shí)媒體流通信進(jìn)行加密算法與密鑰協(xié)商，完成媒體流通信機(jī)密性。

4、基于H.323的VoIP安全機(jī)制及解決方案

　　目前，基于H.323的VoIP網(wǎng)絡(luò)的安全實(shí)現(xiàn)主要有兩種安全機(jī)制。

　�。�1）采用外部協(xié)議的安全機(jī)制，如通過網(wǎng)絡(luò)層/傳輸層安全通道（如IPSec、TLS等安全協(xié)議），實(shí)現(xiàn)H.323安全保護(hù)。

　�。�2）通過對H.323協(xié)議簇中所涉及到的信令本身增加安全機(jī)制，實(shí)現(xiàn)各種信道安全能力協(xié)商與安全保護(hù)，即制定其自身的安全協(xié)議，如H.323協(xié)議的H.235安全協(xié)議。

　　這里重點(diǎn)介紹第二種機(jī)制。

　　H.323協(xié)議簇中有一成員H.235（又稱為H.Security）是負(fù)責(zé)身份驗(yàn)證、數(shù)據(jù)完整性和媒體流加密。H.235建議為不提供可擔(dān)保業(yè)務(wù)質(zhì)量的基于分組網(wǎng)絡(luò)的H.323系統(tǒng)引入了安全機(jī)制。H.235推薦了各種消息的流程、結(jié)構(gòu)以及算法，來保證H.323系統(tǒng)中信令信道、媒體控制信道和媒體流的安全性。所采用的機(jī)制主要有：

　�。�1）H.225呼叫信令信道的保密需要采用TLS或IPSec。

　�。�2）H.245媒體控制信道的安全也需要保障，以便實(shí)現(xiàn)媒體流的安全性。對于H.323系統(tǒng)，可以在H.225信令信道中傳遞各種安全相關(guān)的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)H.245信道的安全。

　�。�3）媒體流的最初密鑰材料的傳遞需要通過H.245的OpenLogicalChannel或是其響應(yīng)消息。當(dāng)處理了一定數(shù)量的包以后，需要更換會話密鑰，這時(shí)候使用H.245中的EncryptionUpdate Command等消息。

　　（4）適應(yīng)不同的安全性要求，支持多種密碼算法。為了實(shí)現(xiàn)終端之間的交互兼容操作，可以提供安全性、非安全性混合環(huán)境下的操作規(guī)則，并支持終端具有盡可能多的有效、專用的加密算法能力。

　　H.235協(xié)議提供了實(shí)現(xiàn)安全性的流程，它通過與H.323協(xié)議族中的其他協(xié)議交互來實(shí)現(xiàn)H.323體系的安全性，其具體實(shí)現(xiàn)如下。

4.1身份認(rèn)證安全（H.225.0（RAS））

　　H.235協(xié)議中提供了兩類認(rèn)證方式：基于對稱加密體系和基于非對稱加密體系的認(rèn)證�；趯ΨQ加密體系的認(rèn)證方式中，常用的是利用用戶ID和密碼的唯一性，將用戶密碼作為信息加密的對稱密鑰，接收方通過用相同的密碼解密信息來實(shí)現(xiàn)對用戶的認(rèn)證，也可以用散列函數(shù)對密碼進(jìn)行單向散列運(yùn)算形成對稱密鑰進(jìn)行數(shù)字簽名，接收方通過對數(shù)字簽名的驗(yàn)證來實(shí)現(xiàn)對用戶的認(rèn)證。還有一種基于對稱加密體系的認(rèn)證是利用DH（Diffie-Hellman）密鑰交換算法，通信雙方各自形成一對公/私密鑰，只需和對方交換公鑰，經(jīng)過計(jì)算形成一個(gè)相同的密鑰進(jìn)行認(rèn)證，在這種方式下，雙方不需要事先商定一個(gè)密碼，也避免了在通信中直接傳輸密鑰的風(fēng)險(xiǎn)�；诜菍ΨQ加密體系的認(rèn)證通過數(shù)字證書的公鑰/私鑰對來進(jìn)行數(shù)字簽名和認(rèn)證。這種方式需要證書管理的支持。

　　H.235中用戶認(rèn)證的位置很靈活，可以在H.255.0呼叫建立過程中，也可以在H.245呼叫控制過程中實(shí)現(xiàn)，還可以在IPSec中進(jìn)行。此外，如果系統(tǒng)存在RAS信道，也需要在網(wǎng)關(guān)和終端之間進(jìn)行單向或者雙向認(rèn)證。

4.2呼叫連接安全（H.225.0（Q.931））

　　呼叫連接安全涉及到二個(gè)方面：一是在接收呼叫之前，要進(jìn)行認(rèn)證，以保證呼叫建立與連接信道安全（如H.225.0）；二是通過對端點(diǎn)的認(rèn)證來進(jìn)行呼叫授權(quán)。

　　呼叫連接安全主要有以下兩種方法。

　　利用獨(dú)立的安全協(xié)議實(shí)現(xiàn)呼叫連接安全：在交換呼叫連接信令消息之前，可以通過在一個(gè)安全的眾所周知端口上使用TLS或IPSec，保證呼叫信令信道安全。

　　利用證書在不安全信道上實(shí)現(xiàn)安全認(rèn)證和完整性檢查，并通過對安全能力與密鑰的協(xié)商機(jī)制進(jìn)行擴(kuò)展，可以確定后續(xù)信道的安全。

　　H.323網(wǎng)絡(luò)安全模式，在交換呼叫連接消息之前，即呼叫連接信道（H.225.0）與呼叫控制（H.245）信道在第一次消息交換內(nèi)，就應(yīng)確定安全的或不安全模式。安全模式是協(xié)商出雙方共同支持的算法與密鑰，以支持媒體流傳輸；非安全模式是以明文消息形式進(jìn)行后面的媒體流傳輸。

4.3呼叫控制安全（H.245）

　　H.245呼叫控制信道本身可以通過TLS或IPSec進(jìn)行加密。H.245包含了對各種信道加密的加密算法和密鑰，可以設(shè)置對媒體數(shù)據(jù)流加密的多種模式。在H.245信令過程中，在能力協(xié)商階段進(jìn)行雙方的安全能力的協(xié)商（比如終端可以接收和發(fā)送H.261視頻編碼）。在主從決定的信令過程中生成媒體會話密鑰。密鑰分發(fā)是在打開邏輯通道的過程中實(shí)現(xiàn)的，這里可以使用DH密鑰交換機(jī)制，通過在OpenLogicalChannel/OpenLogical Channel Ack的交互實(shí)現(xiàn)。

4.4媒體信道安全

　　媒體流使用H.245信道中給出的算法與密鑰來進(jìn)行加密。只加密RTP數(shù)據(jù)報(bào)的負(fù)荷。媒體會話密鑰可以使用三種機(jī)制進(jìn)行保護(hù)。如果H.245信道是安全的，會話密鑰不需要施加任何保護(hù)；如果H.245信道是不安全的，可以使用證書（證書也可以用在安全H.245信道上），利用證書內(nèi)的公鑰加密媒體會話密鑰。媒體流的最初密鑰材料的傳遞需要通過H.245的OpenLogicalChannel或是其響應(yīng)消息。當(dāng)處理了一定數(shù)量的包以后，需要更換會話密鑰，這時(shí)候使用H.245中的EncryptionUpdate和Encryption Update Request來完成密鑰的更新的。一旦更新了密鑰，RTP頭部的負(fù)荷類型將改變以指出使用新的密鑰。媒體流加密可以使用DES、Triple DES、RC5等加密算法。

4.5密鑰管理安全

　　H.323安全的兩個(gè)基本要素是加密算法和密鑰管理。由于密碼系統(tǒng)的反復(fù)使用，僅靠加密算法已難以保證信息的安全了。事實(shí)上，加密信息的安全可靠主要依賴于密鑰系統(tǒng)，密鑰是控制加密算法和解密算法的關(guān)鍵信息，它的產(chǎn)生、傳輸、存儲等工作是十分重要的。H.323密鑰管理主要包括RAS密鑰管理和呼叫連接密鑰管理。為了安全傳輸密鑰，可以使用IPSec/SSL建立一個(gè)安全RAS或呼叫信令信道，或在不安全的明文信道使用公鑰加密和證書實(shí)現(xiàn)。

　　5、結(jié)束語

　　近年來，VoIP技術(shù)憑借帶寬寬、開發(fā)升級快、價(jià)格低等優(yōu)勢，得到了迅猛發(fā)展。尤其基于H.323的VoIP，繼承了通信領(lǐng)域傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，并可以在傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)向基于IP的電信網(wǎng)絡(luò)過渡的過程中，可以利用原有很多設(shè)備，避免資源浪費(fèi)的優(yōu)勢，在我國得到廣泛應(yīng)用。但同時(shí)，隨著VoIP的快速發(fā)展，VoIP系統(tǒng)所存在的安全問題也越來越受大家的關(guān)注。H.235協(xié)議為H.323協(xié)議提供了比較全面的安全體系結(jié)構(gòu)，為H.323的身份驗(yàn)證和加密提供了多種方法。H.323VoIP所面臨的一些安全問題，實(shí)際是IP網(wǎng)絡(luò)上存在的若干安全問題的延續(xù)。只要很好地解決了IP網(wǎng)絡(luò)的安全問題，同時(shí)配合H.323自身的一些安全機(jī)制，基于H.323的VoIP網(wǎng)絡(luò)的安全問題才可以最終解決。

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