通信与网络中的VoIP加密方案,BEEO加密算法原理及实现资源-CSDN文库

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通信与网络中的通信与网络中的VoIP加密方案加密方案,BEEO加密算法原理及实现加密算法原理及实现

VoIP加密方案,BEEO加密算法原理及实现本方案力争以简单的运算，规定一种适应于加密在Internet上传输的IP

电话(包括信令、媒体以及短信等)相关业务的较高强度的加密方法——BEEO。本方案适应的信令标准包括

SIP、MGCP、H.323，适应的媒体传输方式为RTP，适应的网络结构包括客户服务器模式和端到端模式。一、

　基本原理　　本方案规定的加解密所处的网络位置在OSI网络体系结构的第五层，加密的内容是TCP/UDP的

负载，VoIP信令结构也属于被加密的内容。　　在发送端，把输入内容按数据位排列成矩阵，按照协商的方式

和密钥形成一个列加密矩阵、行加密矩阵和加扰矩阵，用列加密矩阵对输入数

VoIP加密方案,BEEO加密算法原理及实现

本方案力争以简单的运算，规定一种适应于加密在Internet上传输的IP电话(包括信令、媒体以及短信等)相关业务的较高强度的

加密方法——BEEO。本方案适应的信令标准包括SIP、MGCP、H.323，适应的媒体传输方式为RTP，适应的网络结构包括

客户服务器模式和端到端模式。

一、　基本原理

　　本方案规定的加解密所处的网络位置在OSI网络体系结构的第五层，加密的内容是TCP/UDP的负载，VoIP信令结构也属

于被加密的内容。

　　在发送端，把输入内容按数据位排列成矩阵，按照协商的方式和密钥形成一个列加密矩阵、行加密矩阵和加扰矩阵，用列

加密矩阵对输入数据的列进行数据位交换，用行加密矩阵对输入数据的行进行数据位交换，用加扰矩阵对数据块按字节进行异

或操作，从而达到加密的目的。在接收端，使用同样三个矩阵的逆矩阵顺序进行去扰、行恢复和列恢复，还原出原始数据。

　　在整个加解密过程中，我们仅仅使用数据位交换和异或操作，于是我们把这种加密方法命名位BEEO，英文字母取自单词

Bit-Exchange和Exclusive-OR。

　　为了计算简单而且保证输入输出的数据长度完全一样，我们建议使用8行×N列矩阵，这样，每个字节对应于矩阵的一列，

顺序排列形成矩阵。

　　我们使用密钥交换算法产生一个属于通讯双方共有的6个私有数值，三个作为密钥，与公共密钥一起计算一个三个HASH

数字签名；剩余三个作为矩阵生成偏移量；把数字签名根据矩阵生成偏移量进行循环移位，生成列交换矩阵、行交换矩阵和加

扰矩阵。

加密矩阵生成方式很多，一般情况下，我们建议选用8行×32列共计128位的加密矩阵；采用DH(Diffie-Hellman)算法完成密钥

交换，并选择密钥和矩阵生成偏移量的DH特征值长度分别为160位和16位；选择MD5产生HASH数字签名，数字签名长度为

128位；

二、　DH交换

DH交换的目的在于以明文的方式交换密钥特征，形成只有参与通讯的双方才知道而且通讯双方一定知道的私有数值。

确定一个模数(如p)以及底数(如g)；两个通讯设备(如MA、MB)各随即选取一个加密指数（如a和b），以明文方式报告自己的

DH特征值(如A和B)，然后各自进行乘幂计算以产生这个私有数值：

通讯双方选择的加密指数是不公开的，应该相对较大，而且应该通过某种随即算法保证这个加密指数是变化的。其次，通讯双

方每隔一定时间，应该申请更改私有密钥，以避免黑客获得太多的数据样本并破译通讯内容。

针对基本原理中提到的各个特征数据的长度，我们规定，用于生成密钥的加密指数至少应该达到12位，用于生成偏移量的加

密指数建议选择8位，这样，六个加密指数的选择空间总和至少达到60位。

一般情况下，在客户端登录以前，客户端向服务器端发起DH交换请求报文，报告自己的6个DH特征值，服务器端收到请求以

后，向用户发送自己的6个DH特征值，双方分别使用对方的DH特征值和自身的加密指数计算出私有密钥并生成最终的加密矩

阵。虽然这一组报文是以明文方式传输的，但即便黑客得到了这些明文，也知道整套算法的所有细节，黑客也不足以形成这个

私有密钥，这是使用DH交换的基本出发点。

对于媒体传输，通讯双方并不存在客户端和服务器的区分，这时我们要求，在通过信令完成RTP参数交换以后，双方各自在第

一时刻发起DH交换请求，而且任何一方收到DH交换请求以后，立即向用户发送自己的DH特征值，从而建立起这个加密信

道。

这里需要重点阐述一下加密指数。我们要求设备产生的加密指数是随机的、变化的，而且6个加密指数之间没有任何的联系。

事实上，某些嵌入式设备根本不能产生随机数，当程序运行到某一条指令的时候，时钟是一个固定值，随机算法的种子是一个

固定值，甚至各个寄存器也是一个固定值，用随机算法产生的下一个数据也是固定值。而对于PC环境，虽然时钟是变化的，

有可能获得一个真正随机的种子，但使用rand()等函数获得的伪随机序列其实是一个固定序列。在程序启动的时候以及运行过

程中，最好读一小段语音数据或者网路数据，以这些数据进行运算和组合，形成加密指数。

三、　程序接口

这里，我们仅仅给出基于UDP实现的相关协议(包括MGCP的全部信令、SIP的全部信令、H.323的部分信令、RTP媒体、

RTCP媒体控制)的接口，而基于TCP实现的相关协议(H.323的部分协议)的接口将在其他文档中给出。

对于UDP传输，一般情况下，我们在每个设备上建立一个加密参数索引表，根据UDP发送端口、UDP接收端口和UDP接收地

址(IP地址)进行索引。每次发送的时候，检查DH交换是否完成，如果没有完成，则主动放弃这个报文的发送，并发送DH交换

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