基于語音通道實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)安全遷移的方法*

張鶴鳴，廖蓉暉

（中國電子科技集團公司第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引言

為滿足用戶多樣化的需求，越來越多的業(yè)務集成在寬帶電話終端之上，如短消息、備忘錄、私人電話、語音助手以及會議行程等。作為存儲用戶信息和記錄用戶習慣的重要載體，寬帶電話終端如果能與網(wǎng)絡相互配合，建立安全可靠的傳輸通道，保證用戶信息在可信任終端間自由遷移，不僅能夠進一步提升終端的智能性和便捷性，而且對于保持用戶習慣的延續(xù)，增強產(chǎn)品競爭力，也有重要的促進作用。

用戶數(shù)據(jù)遷移主要應用于移動通信領(lǐng)域。移動終端通過藍牙或者WiFi 等渠道，近距離實現(xiàn)大量用戶數(shù)據(jù)的遷移。該過程簡潔、高效，但受距離約束明顯，而且過程中缺乏有效的安全防護措施。在對安全性要求較高的電話通信領(lǐng)域，固話終端的用戶數(shù)據(jù)相對較少，但存在遠距離傳輸?shù)男枨螅覍^程中的安全性要求極高。藍牙、WiFi 等外設(shè)或者由于距離原因，或者由于安全性風險而無法使用。

針對寬帶電話終端的用戶特點和使用需求，設(shè)計一種用戶數(shù)據(jù)安全遷移方法，能夠快速將原話機的用戶數(shù)據(jù)遷移到新話機之上，不受距離限制的同時，保證用戶信息在傳輸過程中的安全性。第1 章從網(wǎng)絡通信場景入手，介紹方案的組成及軟件實現(xiàn)框架。第2 章、第3 章以會話初始協(xié)議（Session Initiation Protocol，SIP）電話為例，探討密碼協(xié)議實現(xiàn)流程和用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w步驟。最后，對全文進行總結(jié)。

1 實施方案

方案利用寬帶語音呼叫過程中建立的媒體通道，傳遞密碼協(xié)議信息和受保護的用戶數(shù)據(jù)，實現(xiàn)用戶信息在可信任終端之間的安全遷移。網(wǎng)絡通信場景如圖1 所示。

圖1 網(wǎng)絡通信場景

通過在寬帶語音通信網(wǎng)絡的可信任終端上，部署對稱密碼與非對稱密碼相結(jié)合的密碼體制。利用對稱密碼加解密速度快、計算效率高、資源占用少的特點，完成用戶信息的機密性保護；利用非對稱密碼在有限域上離散對數(shù)的計算困難性，實現(xiàn)通信雙方的身份認證；利用橢圓曲線算法的復合特性，通過臨時公私鑰對點乘獲取通信雙方的共享因子[1]，生成一次一密的業(yè)務數(shù)據(jù)保護密鑰，保證用戶數(shù)據(jù)的前向安全性。

軟件實現(xiàn)框架主要由密碼模塊、密碼協(xié)議棧和用戶數(shù)據(jù)庫3 部分組成，如圖2 所示。

圖2 軟件實現(xiàn)框架

密碼模塊是方案的基礎(chǔ)，主要提供哈希值計算、業(yè)務數(shù)據(jù)加解密、公鑰的生成及驗證、公私鑰點乘運算等算法接口；密碼協(xié)議棧是方案的核心，基于實時傳輸協(xié)議（Real-time Transport Protocol，RTP）協(xié)議棧實現(xiàn)密碼協(xié)議的交互和用戶信息的傳輸，為用戶提供方案在實施過程中的機密性、完整性、前向安全性和抗重放性等保護措施[2]；用戶數(shù)據(jù)庫服務于各類應用。它在可信任終端間的安全遷移是本方案的主要目的。

2 基本協(xié)議流程

SIP 實現(xiàn)兩個寬帶終端之間的會話控制功能，RTP 實現(xiàn)端到端的實時數(shù)據(jù)傳輸。語音通信過程一般分為會話建立、會話、會話結(jié)束3 個階段[3]。密碼協(xié)議的實施主要在會話階段進行，通過終端認證請求、終端認證應答、用戶數(shù)據(jù)請求和用戶數(shù)據(jù)傳輸4 個流程，完成雙方認證鑒權(quán)、業(yè)務密鑰協(xié)商和用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ鳎鐖D3 所示。

圖3 基本數(shù)據(jù)流程

密碼協(xié)議的交互和用戶信息的傳輸基于RTP 協(xié)議實現(xiàn)，數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一格式進行封裝。根據(jù)RFC3551的定義，采用RTP 協(xié)議的應用，必須指定一個凈荷類型作為媒體流的編碼格式識別[4]。凈荷類型的取值范圍為0～127，其中動態(tài)凈荷類型沒有固定的標識編號，取值范圍為96～127。方案中選用動態(tài)凈荷類型，作為區(qū)分本協(xié)議與正常RTP 媒體數(shù)據(jù)的標識。

3 用戶數(shù)據(jù)傳輸

將終端B 的用戶信息遷移到可信任終端A 上，用戶需要先以管理員權(quán)限登錄終端A，在A 的操作界面內(nèi)輸入B 的電話號碼和身份認證信息，然后由A 向B 發(fā)起用戶信息遷移請求。

用戶數(shù)據(jù)遷移過程中，每個步驟涉及到的符號說明如表1 所示。

表1 協(xié)議涉及的符號說明

3.1 終端A 向B 發(fā)起認證請求

終端A 產(chǎn)生一組臨時公私鑰對TPKA/TSKA，生成一組32 字節(jié)隨機數(shù)RandA；利用本次通話的媒體通道信息，計算參數(shù)：

利用參數(shù)K1和HmacK()算法，計算RandA+TPKA的摘要信息，記為HmacK1(RandA+TPKA)；

終端A 利用RandA+TPKA+HmacK1(RandA+TPKA)構(gòu)造終端認證請求，通過媒體通道發(fā)往終端B。

3.2 終端B 收到A 的認證請求

終端B 提取RandA，利用本次通話的通道信息，計算參數(shù)：

利用參數(shù)K1和HmacK()算法，計算RandA+TPKA的摘要信息，與報文攜帶的(RandA+TPKA)比較，如果失敗結(jié)束本流程，成功則繼續(xù)執(zhí)行；

終端B 對終端A 的臨時公鑰TPKA進行有效性驗證，失敗結(jié)束流程，成功繼續(xù)執(zhí)行；

終端B 產(chǎn)生一組臨時公私鑰對TPKB/TSKB，生成一組32 字節(jié)的隨機數(shù)RandB；利用參數(shù)K1和HmacK()算法，計算RandB+TPKB的摘要信息，記為(RandB+TPKB)；

利用A 的臨時公鑰TPKA，對RandB+TPKB+(RandB+TPKB)加密，構(gòu)造終端認證應答，利用媒體通道發(fā)往A；

終端B 計算保護業(yè)務數(shù)據(jù)的臨時密鑰K2=RandB⊕TSKB⊙TPKA；

3.3 終端A 收到終端B 的認證應答

終端A 利用設(shè)備臨時私鑰TSKA解密認證應答，提取終端B 的臨時公鑰TPKB、隨機數(shù)RandB以及校驗數(shù)據(jù)(RandB+TPKB)；

A利用參數(shù)K1和HmacK() 算法，計算RandB+TPKB的摘要信息，并與報文攜帶的檢驗數(shù)據(jù)進行比較，失敗結(jié)束流程，通過則繼續(xù)執(zhí)行；

終端A 對終端B 的臨時公鑰TPKB進行有效性判斷，失敗結(jié)束流程，成功繼續(xù)執(zhí)行；

終端A 計算保護業(yè)務數(shù)據(jù)的臨時密鑰K2=RandB⊕TSKA⊙TPKB；

用戶在終端B 的身份認證信息包含用戶名、密碼或指紋等內(nèi)容，記為USERB，終端A 的設(shè)備信息記為DEVA，終端A 利用K2對USERB、DEVA進行加密，構(gòu)造用戶數(shù)據(jù)下載請求，通過媒體通道發(fā)往終端B。

3.4 終端B 收到A 的數(shù)據(jù)下載請求

終端B 利用K2對A 的用戶數(shù)據(jù)請求解密，得到用戶身份認證信息USERB、A 的設(shè)備信息DEVA；

終端B 驗證用戶身份認證信息USERB，驗證失敗則終止流程，成功繼續(xù)進行；

終端B記錄設(shè)備信息DEVA，準備用戶數(shù)據(jù)信息；

終端B 將用戶數(shù)據(jù)根據(jù)RTP 報文大小進行分片，第r片分片記為Datar，利用K2對每一分片進行加密，通過媒體通道發(fā)往終端A；

3.5 終端A 收到B 的用戶數(shù)據(jù)信息

終端A 利用K2解密，獲取用戶數(shù)據(jù)分片Datar，向終端B 響應分片接收成功應答；

用戶數(shù)據(jù)傳輸與應答過程反復執(zhí)行，直到所有用戶信息發(fā)送完畢，終端A 通知B 數(shù)據(jù)接收完畢，并通過信令通知對方結(jié)束本次會話。

4 結(jié)語

本文提出了一種基于語音通道實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)安全遷移的方法。與其他用戶數(shù)據(jù)遷移方案相比，方案具備以下優(yōu)勢：

（1）利用電話呼叫建立媒體通道傳輸用戶數(shù)據(jù)，不受傳送距離的限制，增強方案的可用性；

（2）在不影響用戶使用的基礎(chǔ)上，啟動用戶數(shù)據(jù)遷移，更能貼合用戶的使用習慣，提升用戶體驗；

（3）采用對稱和非對稱相結(jié)合的密碼體制，簡化了密鑰管理，降低了密鑰被破譯、竊取的風險，有效提升了數(shù)據(jù)安全[5]；

（4）利用橢圓曲線在有限域上離散對數(shù)的計算困難性，完成通信雙方的身份認證，利用會話協(xié)商的媒體通道信息生成參數(shù)，第三方不可能偽造、篡改合法的協(xié)議信息，有效抵抗了假冒攻擊行為；

（5）利用隨機數(shù)為協(xié)議提供抗重放特性，有效防止非法人員利用歷史交互信息，通過偽裝、欺騙等手段竊取用戶數(shù)據(jù)。