一种基于SIP的新型认证机制的设计与实现

论文摘要

随着因特网商业化革命和网络融合技术的不断发展,基于电路交换的公共交换电话网（PSTN）逐步被基于分组交换的下一代网络（NGN）替代。软交换作为NGN网络的核心单元,它整合了语音、数据和视频通讯,并且在独立的网络之间进行协议转换。会话初始化协议（SIP）以其灵活、可扩展、易编程等优点成为软交换系统中的核心控制协议。但同许多互联网协议一样,SIP是根据简化的思路,而不是根据安全的思路设计的,在实际使用时存在很多安全漏洞,因此SIP的安全机制成为目前的研究热点之一。本文主要研究SIP通信系统在通信之前的身份认证机制,以保障通信的可靠性。围绕这个研究目标,本文首先对SIP通信的网络架构、消息结构和注册过程进行研究。借助开源协议栈oSIP,在Windows平台上实现了用户代理程序（User Agent）,在Linux平台下实现了注册服务器程序（RegistrarServer）。然后提出了当前攻击服务器的一种的方式:注册劫持。RFC3261建议服务器使用摘要认证机制,但使用这种认证机制后,服务器的吞吐量会下降,而且会带来新的安全问题。本文结合一次性口令（one-time password）和数字信封的思想,提出了一种新型的身份认证机制。最后,还对该系统作了实验仿真与测试工作,主要是验证本文提出的新型认证机制的安全性和执行效率。根据对测试结果的分析可知,采用了本文提出的新型的认证机制,不仅能有效抵制注册劫持,而且具有更高的安全性,因而具有一定的优势和应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• Contents
• 第一章 绪论
• 1.1 SIP协议介绍
• 1.2 SIP协议安全问题的研究现状
• 1.3 本文的创新点
• 1.4 本文研究的主要内容与组织结构
• 第二章 SIP协议分析
• 2.1 SIP系统基本组成
• 2.1.1 用户代理
• 2.1.2 代理服务器
• 2.1.3 重定向服务器
• 2.1.4 注册服务器
• 2.1.5 位置服务器
• 2.2 SIP消息描述
• 2.2.1 请求消息
• 2.2.2 响应消息
• 2.2.3 消息头域
• 2.3 UA向服务器的注册流程
• 2.4 本章小结
• 第三章 SIP通信系统设计及实现
• 3.1 SIP协议栈的选择
• 3.2 oSIP协议栈结构分析
• 3.2.1 语法解析器模块
• 3.2.2 传输层模块
• 3.2.3 事务层模块
• 3.2.4 事务用户层模块
• 3.3 注册服务器的设计实现
• 3.3.1 注册服务器的概述
• 3.3.2 初始化模块
• 3.3.3 传输模块的实现
• 3.3.4 状态机模块的实现
• 3.4 eXosip介绍
• 3.5 用户代理 UA的设计与实现
• 3.5.1 程序初始化
• 3.5.2 注册
• 3.5.3 发起呼叫
• 3.5.4 响应呼叫
• 3.5 本章小结
• 第四章 新型认证机制的设计与实现
• 4.1 一种攻击注册服务器的方式
• 4.2 摘要认证机制
• 4.2.1 摘要认证机制原理
• 4.2.2 SIP认证头域
• 4.2.3 服务器端模块
• 4.2.4 客户端模块
• 4.2.5 加入认证模块后的注册消息流程
• 4.2.6 摘要认证机制的缺陷
• 4.3 新型认证机制的相关原理
• 4.3.1 一次性口令技术的原理
• 4.3.2 单向散列函数与MD5算法
• 4.3.3 数字信封原理
• 4.4 新型认证机制的详细设计
• 4.4.1 SIP消息扩展与符号约定
• 4.4.2 OTP计算器的设计
• 4.4.3 加/解密模块的实现
• 4.4.4 数据库的设计
• 4.4.5 认证流程
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统的性能分析
• 5.1 安全性分析
• 5.2 效率分析
• 第六章 总结及展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢