基于H.323協(xié)議系統(tǒng)的安全問題研究

劉銳，宋永恒

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣州 510630）

1 H.323協(xié)議棧分析

1.1 H.323協(xié)議介紹

H.323協(xié)議棧的最初版本是在1996年提出的，它的作用范圍是局域網(wǎng)上的多媒體通信，基于此，H.323的功能最初是有限的，不能在更廣的范圍內(nèi)支持多媒體通信。為了增強(qiáng)H.323的功能，第二版的H.323推出了，該版本受到了廣泛歡迎，尤其是那些有深厚傳統(tǒng)電話業(yè)背景的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商以及設(shè)備制造廠家，對其給予了有力的支持。H.323不僅能發(fā)送和接受語音，而且可以支持多種視頻業(yè)務(wù)（如電視會議），以及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（如電子白板，文件傳輸）等。

1.2 H.323系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

H.323的作用范圍如圖1所示，這一體系結(jié)構(gòu)包括了H.323終端、網(wǎng)關(guān)、關(guān)守、以及多點(diǎn)控制單元（MCU）。H.323的總體目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)H.323端點(diǎn)之間的媒體流交換。

1.3 H.323通信過程

H.323端點(diǎn)之間建立通信關(guān)系一般要經(jīng)過如下3個信令過程。

圖1 H.323系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）呼叫接入過程：執(zhí)行RAS協(xié)議（H.225協(xié)議），傳輸信道為RAS信道（不可靠通道），網(wǎng)守同意接入后在端點(diǎn)和網(wǎng)守間或端點(diǎn)之間建立起呼叫信令信道，進(jìn)入呼叫建立。

（2）呼叫建立過程：執(zhí)行呼叫建立信令協(xié)議，傳輸信道為呼叫信令信道（可靠通道），呼叫建立成功后，在端點(diǎn)之間建立起H.245控制信道。

（3）連接控制過程：執(zhí)行H.245控制協(xié)議，控制信道為媒體控制信道，簡稱控制信道（可靠通道），在端點(diǎn)之間建立起具有一定帶寬的一個或多個實(shí)時通信的邏輯信道（均為不可靠通道）。

整個通信過程由以下5個階段組成：

階段1：呼叫建立過程，包括接入過程。

階段2：初始通信與能力交換。

階段3：可視通信的建立。

階段4：通信進(jìn)行中的信令，包括帶寬改變。

階段5：呼叫結(jié)束，關(guān)閉所有信道。

其中，階段1主要涉及H.225協(xié)議過程，其余階段則主要是H.245協(xié)議過程。

圖2 H.323終端通信的主要消息流程圖

圖2給出了兩個H.323終端A和B在有網(wǎng)守管理的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，網(wǎng)守路由呼叫信令模式的通信步驟流程圖。

1.4 基于H.323系統(tǒng)的安全性威脅分析

目前，基于H.323的系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在IP電話（VoIP）、企業(yè)中的商務(wù)視頻會議、遠(yuǎn)程教育、視頻點(diǎn)播等。而這些應(yīng)用都存在著各種安全性的要求。

通常而言，一個安全系統(tǒng)要向用戶提供安全可靠的服務(wù)，就必須保證如下方面。

（1）用戶通話內(nèi)容是保密的。

（2）用戶內(nèi)容不被篡改（或能及時發(fā)現(xiàn)篡改的行為）。

（3）僅有擁有合法身份的用戶才能使用系統(tǒng)提供的服務(wù)。

（4）用戶的合法身份不能被冒充。

（5）系統(tǒng)可以對合法用戶進(jìn)行授權(quán)，以對不同用戶提供不同級別的服務(wù)。

結(jié)合上一小節(jié)中介紹的H.323工作原理，對各個階段的通信可能存在的安全威脅做分析。

1.4.1 呼叫的建立階段

首先，在呼叫建立過程階段，存在兩組通信，一是終端與網(wǎng)守之間的通信；二是兩個終端之間的通信。

1.4.1.1 終端與網(wǎng)守之間的通信

在基于H.323的通信系統(tǒng)中，盡管網(wǎng)守是可選設(shè)備。但目前大多數(shù)企業(yè)級應(yīng)用系統(tǒng)都會實(shí)現(xiàn)網(wǎng)守，因?yàn)榫W(wǎng)守起到很重要的管理作用；此外，要在應(yīng)用層上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全性，也必須設(shè)置網(wǎng)守，比如網(wǎng)守要對終端用戶進(jìn)行身份鑒別以確定是否允許該用戶登陸系統(tǒng)或使用系統(tǒng)提供的服務(wù)，或是對合法用戶進(jìn)行授權(quán)，以對不同用戶提供不同級別的服務(wù)。這些都需要通過網(wǎng)守來實(shí)現(xiàn)。

終端與網(wǎng)守之間的通信是在呼叫建立前在RAS信道上傳送消息，一般來說達(dá)到兩個目的：一是終端請求登錄網(wǎng)守（做身份鑒別），二是網(wǎng)守對提供給終端的服務(wù)進(jìn)行授權(quán)。

對終端和網(wǎng)守之間的通信可能存在攻擊。其攻擊的目的主要是取得授權(quán)以外的對系統(tǒng)的使用權(quán)，其解決辦法是在網(wǎng)守和終端之間執(zhí)行強(qiáng)有力的認(rèn)證協(xié)議。認(rèn)證用來驗(yàn)證應(yīng)答者確實(shí)是他們所宣稱的。通過認(rèn)證，非法用戶不能偽裝成合法用戶獲得服務(wù)，而一個合法用戶也不能偽裝成另外一個身份去呼叫其他用戶；此外，通過身份認(rèn)證，還為正確執(zhí)行網(wǎng)守上配置的授權(quán)策略提供了保證，反之，終端也需要對網(wǎng)守進(jìn)行認(rèn)證，以防止攻擊者偽裝成網(wǎng)守，進(jìn)行中間人攻擊。相互認(rèn)證通過采用某種認(rèn)證協(xié)議完成，對終端的服務(wù)授權(quán)通過在網(wǎng)守上配置一定的授權(quán)策略來實(shí)現(xiàn)。

在認(rèn)證之外，終端和網(wǎng)守之間還要交換RAS消息來實(shí)現(xiàn)帶寬分配等其他功能，對這些消息也可能存在篡改攻擊。這就必須對交換的RAS消息加密－加密的同時進(jìn)行完整性鑒別；此外，對網(wǎng)守還可能存在拒絕服務(wù)攻擊，其解決辦法是及時檢測，迅速恢復(fù)，并記入審計日志。

分析結(jié)論：終端與網(wǎng)守之間的RAS信道需要通過相互認(rèn)證，加密和完整性鑒別來保護(hù)。

1.4.1.2 兩個終端之間的通信

在呼叫建立階段，兩個終端之間要交換呼叫信令——在H.225呼叫信道上通過網(wǎng)守中繼或直接傳遞，以協(xié)商如何建立隨后的H.245控制信道、其安全要求如何，被叫用戶是否同意接收這個呼叫等。這些信息都需要被保護(hù)以防受到篡改攻擊。其次，為了防止惡意用戶的偽裝攻擊，兩個終端還需要相互認(rèn)證。

分析結(jié)論：兩個終端之間的H.225呼叫信令信道需要通過相互認(rèn)證、加密和完整性鑒別來保護(hù)。

1.4.2 H.245控制信道傳信過程

H.245控制信令是在兩個終端之間交換的，其作用是協(xié)商如何建立媒體信道。其交換的信息包括媒體信道的私有參數(shù)及其他編碼參數(shù)；媒體信道的加密算法和密鑰；打開、關(guān)閉媒體信道等。這些消息一旦遭到偽造、篡改或泄漏攻擊，攻擊者就可以控制或獲取媒體信道的各種參數(shù)，從而獲取媒體信道上的通話內(nèi)容。防范偽造攻擊需要進(jìn)行身份認(rèn)證，防范篡改攻擊需要對消息完整性鑒別，防范泄漏需要對消息加密。

分析結(jié)論：H.245信道需要認(rèn)證，加密和完整性鑒別。

1.4.3 媒體流/媒體控制流傳輸過程

媒體流和媒體控制流均在兩個終端之間傳輸，媒體流必須加密，這是整個系統(tǒng)應(yīng)用中需要被保護(hù)的核心。媒體控制流用來提供多媒體數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的反饋信息。對于媒體控制流的有效攻擊有偽造和篡改，攻擊者的目的是通過破壞媒體控制流來造成拒絕服務(wù)的攻擊效果。媒體控制流可以不進(jìn)行加密，但可以選擇進(jìn)行認(rèn)證和完整性鑒別。

1.4.4 釋放呼叫過程

釋放呼叫過程中的安全問題與呼叫建立過程相同。為保證呼叫被安全的釋放，必須進(jìn)行認(rèn)證和加密（包括對消息的完整性鑒別）。

2 基于H.323系統(tǒng)的安全方案設(shè)計

H.323協(xié)議本身對安全性能的支持不能滿足實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的要求。有兩種方法可以考慮用來保證通信過程的安全性。

方法1：通過修改H.323協(xié)議庫，根據(jù)自身的安全需求來實(shí)現(xiàn)端點(diǎn)之間的認(rèn)證以及信息流的加密。這種方法是在應(yīng)用層上增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性，但存在以下幾點(diǎn)不足。

（1）H.323協(xié)議比較復(fù)雜，所以在此基礎(chǔ)上擴(kuò)充其安全性能的話，需要投入大量的時間和人力。

（2）考慮到通信系統(tǒng)終端的處理能力一般不是很強(qiáng)，如果在應(yīng)用層來實(shí)現(xiàn)安全措施的話，那么加解密算法必須在終端機(jī)器運(yùn)行的程序中計算，這種高密集的運(yùn)算會明顯增加終端機(jī)器的負(fù)擔(dān)，從而會導(dǎo)致終端之間的實(shí)時多媒體流質(zhì)量受到影響。

（3）在應(yīng)用層上安全保護(hù)對應(yīng)用程序沒有透明性，如果安全服務(wù)要求有所變動的話，應(yīng)用程序也需要改動。

方法2：通過IPSec協(xié)議在IP層對上層應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)。IPSec在網(wǎng)絡(luò)層提供基于密碼學(xué)的強(qiáng)認(rèn)證和加密保障，能確保了上層應(yīng)用系統(tǒng)通信過程各種信道中傳輸內(nèi)容的機(jī)密性，消息完整性以及身份認(rèn)證。也就是說不管應(yīng)用程序如何，只要最后是通過IP傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包都能得到安全保護(hù)，其優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）IPSec工作在網(wǎng)絡(luò)層，因此對上層應(yīng)用程序來說是透明的，如果安全要求需要改變，只需要改變IPSec的安全策略就行，應(yīng)用程序不需要做任何改變。

（2）當(dāng)在網(wǎng)關(guān)中實(shí)現(xiàn)IPSec時，IPSec提供了強(qiáng)大的安全性，能夠應(yīng)用到所有穿越邊界網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信量上。由于網(wǎng)關(guān)機(jī)器處理能力較強(qiáng)，加上可以選擇使用專用的加解密硬件設(shè)備來處理高密集的運(yùn)算，這樣可以減輕終端機(jī)器處理IPSec模塊的負(fù)擔(dān)。

（3）IPSec協(xié)議是專門為IPv6設(shè)計的，能實(shí)現(xiàn)與將來的IPv6網(wǎng)絡(luò)的無縫結(jié)合，這點(diǎn)在未來的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中具有優(yōu)勢。

綜合考慮，可以采用在網(wǎng)絡(luò)層通過IPSec協(xié)議來負(fù)責(zé)多媒體數(shù)據(jù)的安全傳輸，而在應(yīng)用程序上不需要做額外的安全性考慮。

3 IPSec配置及工作模式選擇分析

由于IPSec可以配置在終端主機(jī)上，也可以配置在兩個網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)上，并且操作模式有傳輸模式和隧道模式兩種，協(xié)議有AH和ESP兩種。下面來具體討論如何選擇其工作模式。

在終端上配置IPSec的話能確保真正意義上的端到端的安全，但是這樣的話每臺終端機(jī)器都要配置，不能實(shí)現(xiàn)對用戶的透明。而對于處理能力相對較弱的終端，讓其來進(jìn)行加解密及認(rèn)證運(yùn)算的話會增加負(fù)擔(dān)。所以這種在終端配置IPSec的方法用的很少，一般只有在下面兩種比較特殊的情況下會采用。

一種情況是有移動終端，那么需要在移動終端與網(wǎng)關(guān)之間建立安全通道，這種模式叫Road Warrior方式。

另一種情況，如果某個終端要求傳輸?shù)臋C(jī)密性非常高的話，為了防止在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)泄密，那么需要在該終端和本地網(wǎng)關(guān)之間再實(shí)施一層IPSec保護(hù)，實(shí)現(xiàn)IPSec的嵌套模式。

但是從實(shí)際應(yīng)用來看，上述的配置模式實(shí)現(xiàn)所需的成本較高。 對于一般的企業(yè)級應(yīng)用而言，基于內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可信的前提下，IPSec可以配置在網(wǎng)關(guān)上，在兩個子網(wǎng)之間建立一條安全通道，保護(hù)子網(wǎng)通信的安全。這種配置方案也可以滿足系統(tǒng)安全傳輸?shù)囊?，?shí)現(xiàn)也較為容易，應(yīng)用比較廣泛。

接下來需要確定實(shí)施的策略，IPSec有兩種操作模式和傳輸模式，加上AH頭和ESP兩種協(xié)議，結(jié)合起來有幾種選擇，那在安全網(wǎng)關(guān)上如何選擇安全策略呢？對于基于H.323多媒體通信程序來講，它的安全要求是：除了端點(diǎn)之間相互認(rèn)證外，在Internet上面?zhèn)鬏數(shù)亩嗝襟w數(shù)據(jù)必須加密。AH只提供認(rèn)證（包括IP頭），ESP提供數(shù)據(jù)段認(rèn)證與加密，所以安全策略必須包括ESP。如果在網(wǎng)關(guān)上實(shí)施IPSec的話，只能采用隧道模式。在隧道模式的ESP選擇情況下，個人認(rèn)為不必要加上AH來認(rèn)證數(shù)據(jù)分組了。原因如下：ESP與AH都提供認(rèn)證，雖然AH提供的認(rèn)證看起來似乎更加強(qiáng)大，它除了認(rèn)證數(shù)據(jù)段以外還認(rèn)證了IP頭部，但是通過計算ESP的認(rèn)證數(shù)據(jù)就能判斷對方是否知道共享的密鑰，從而判別對方的身份。另外如果再加上AH的話，對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求也會明顯增加，并增加其實(shí)施配置的復(fù)雜性。

以上對基于H.323系統(tǒng)的安全配置和工作模式進(jìn)行了分析，可以根據(jù)實(shí)際環(huán)境和具體的需要選擇合適的安全方案。

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