史庭俊，張穎杰，魏振宇

　　(揚(yáng)州大學(xué) 信息工程學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225127)

　　摘要：視頻監(jiān)控安全問(wèn)題一直備受關(guān)注，如何保障信息傳輸安全是人們研究的重點(diǎn)。傳統(tǒng)基于口令的身份認(rèn)證協(xié)議存在弱口令隱患，導(dǎo)致攻擊者利用口令猜測(cè)攻擊獲取非法信息。然而使用Kerberos協(xié)議要求用戶設(shè)置強(qiáng)口令以增強(qiáng)認(rèn)證安全，用戶的體驗(yàn)方式差。設(shè)計(jì)了一種基于三元對(duì)等身份鑒別的視頻監(jiān)控管理方案，引入可信第三方鑒別機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)等實(shí)體之間的雙向認(rèn)證，有效地解決了設(shè)備認(rèn)證的安全問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞：口令猜測(cè)攻擊；Kerberos協(xié)議; 三元對(duì)等

0引言

　　近幾年安全事件的頻繁爆發(fā)，引發(fā)了人們對(duì)安全領(lǐng)域的關(guān)注，尤其視頻監(jiān)控安全問(wèn)題引發(fā)了人們的密切關(guān)注。視頻監(jiān)控作為一種重要的安防手段，目前被廣泛地應(yīng)用于商場(chǎng)、家庭、甚至于邊防、重要機(jī)關(guān)等場(chǎng)所［12］。隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，視頻監(jiān)控在許多重要的場(chǎng)所發(fā)揮著不可替代的作用，但由于所控制的區(qū)域和場(chǎng)所對(duì)信息安全的要求較高［3］，一旦被惡意攻擊，包括通過(guò)偷窺或者控制等手段截獲非法信息，帶來(lái)的影響對(duì)公司或個(gè)人將非常嚴(yán)重，而且絕大部分監(jiān)控系統(tǒng)必須要部署在安全因素不高的公網(wǎng)上。

　　本文提出一種基于TePA視頻監(jiān)控身份認(rèn)證技術(shù)，引入可信第三方對(duì)鑒別服務(wù)器請(qǐng)求實(shí)體和鑒別實(shí)體完成身份的雙向認(rèn)證，利用數(shù)字簽名技術(shù)保證設(shè)備之間傳輸信息的完整性，通過(guò)CA鑒別簽發(fā)實(shí)體的證書(shū)是否被惡意篡改，實(shí)現(xiàn)對(duì)等實(shí)體之間身份確認(rèn)，確保接入實(shí)體的合法性，保證對(duì)等實(shí)體之間建立安全的通信鏈路，有效地解決身份認(rèn)證問(wèn)題。同時(shí)結(jié)合DiffieHellman協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)等實(shí)體之間臨時(shí)會(huì)話密鑰的安全協(xié)商，保證傳輸信息的安全性。

1相關(guān)工作

　　Patras大學(xué)的SERPANOS D N等人在2008年指出現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在一系列安全隱患，并提供了一些相應(yīng)的解決方案［4］，同時(shí)也提到關(guān)于設(shè)備之間的身份驗(yàn)證問(wèn)題，但并沒(méi)有給出具體的認(rèn)證解決方式。一些視頻監(jiān)控廠商也提出視頻監(jiān)控安全解決方案［56］，提出使用終端安全接入保護(hù)措施的一些機(jī)制，但大多端點(diǎn)的安全接入管理功能是基于802.1x認(rèn)證，通過(guò)擴(kuò)展EAP驗(yàn)證和Radius協(xié)議，以此保護(hù)前端接入設(shè)備的安全性。802.1x的引入雖然解決了一些傳統(tǒng)的安全問(wèn)題，但把此認(rèn)證引入到監(jiān)控系統(tǒng)中，還會(huì)帶來(lái)一些其他的安全隱患。主要由于視頻監(jiān)控中的終端和AS交互協(xié)商得到的安全會(huì)話密鑰是通過(guò)AS傳至AP，認(rèn)證方式將生成的會(huì)話密鑰通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞，由于網(wǎng)絡(luò)本身存在不安全因素，導(dǎo)致引入的認(rèn)證方式存在新的安全缺陷，而且通信過(guò)程的中間設(shè)備沒(méi)有獨(dú)立的認(rèn)證實(shí)體，認(rèn)證過(guò)程容易受到攻擊，這是802.1x中存在的一個(gè)必然的安全漏洞［78］。視頻監(jiān)控業(yè)界開(kāi)放型網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品接口論壇（Open Network Video Interface Forum，ONVIF）標(biāo)準(zhǔn)［9］基于Web Services，而Web Services 主要利用SOAP和HTTP使信息在Web上傳輸。在認(rèn)證方面，該標(biāo)準(zhǔn)主要是使用WSS摘要認(rèn)證、HTTP 摘要認(rèn)證和TLS-based access［10］，但這些認(rèn)證都是單向認(rèn)證，無(wú)法驗(yàn)證交互實(shí)體的合法性，存在主動(dòng)攻擊威脅。

　　三元對(duì)等鑒別機(jī)制（TePA）是中國(guó)擁有自主創(chuàng)新知識(shí)產(chǎn)權(quán)的信息安全領(lǐng)域的實(shí)體鑒別機(jī)制，可用于訪問(wèn)控制、身份鑒別、數(shù)字簽名、可信計(jì)算等安全系統(tǒng)［1112］。文獻(xiàn)［1314］中描述了該機(jī)制的通信流程，通過(guò)五步交互完成對(duì)等實(shí)體的雙向認(rèn)證。文獻(xiàn)［1517］分別證明TePA鑒別機(jī)制的安全性。本文設(shè)計(jì)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的身份鑒別機(jī)制在原有機(jī)制的基礎(chǔ)上進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，結(jié)合密鑰協(xié)商協(xié)議DiffieHellman協(xié)議，使對(duì)等實(shí)體在完成5次消息交互后，不僅實(shí)現(xiàn)了安全通信信道的建立并且完成了對(duì)等實(shí)體之間的雙向認(rèn)證，而且對(duì)等實(shí)體之間通過(guò)密鑰協(xié)商DiffieHellman協(xié)議在身份認(rèn)證過(guò)程中交換對(duì)等實(shí)體通信之間的密鑰因子，雙向認(rèn)證完成確認(rèn)對(duì)等實(shí)體之間的身份，利用對(duì)等實(shí)體之間傳遞的密鑰因子生成安全的臨時(shí)會(huì)話密鑰，保證雙方通信安全。

2TePA認(rèn)證技術(shù)

　　2.1符號(hào)

　　表1列出了本文使用符號(hào)的具體含義。

　　2.2TePA認(rèn)證技術(shù)

　　ASE為引入的可信第三方，擁有對(duì)等實(shí)體當(dāng)前的有效公鑰，AE和ASUE是對(duì)等實(shí)體，且雙方都擁有當(dāng)前ASE的有效公鑰。假設(shè)設(shè)備之間證書(shū)信息通過(guò)安全信道獲取，如圖1給出了三元對(duì)等鑒別機(jī)制的一種形式，對(duì)等實(shí)體之間的信息交互使用私鑰簽名，確保信息交互的完整性，防止數(shù)據(jù)被惡意篡改。

　　圖1基于三元對(duì)等的身份鑒別方式實(shí)現(xiàn)對(duì)等實(shí)體身份鑒別，實(shí)體之間相互通信需要保證信息的安全性，認(rèn)證完成后再進(jìn)行密鑰協(xié)商。雖然這樣可以確保會(huì)話密鑰的安全協(xié)議，但信息交互次數(shù)增加，將帶來(lái)額外的時(shí)間和資源開(kāi)銷。本文修改后的方案在認(rèn)證過(guò)程中，結(jié)合DiffieHellman協(xié)議完成對(duì)等實(shí)體之間身份雙向認(rèn)證的同時(shí)協(xié)商得到安全的臨時(shí)會(huì)話密鑰，保證會(huì)話鏈路的安全建立和會(huì)話密鑰的安全圖協(xié)商。圖2給出了修改后的三元對(duì)等鑒別機(jī)制，在對(duì)等實(shí)體鑒別過(guò)程中，同時(shí)又完成會(huì)話密鑰的安全協(xié)商。

　　圖2中ASUE代表接入設(shè)備，AE代表應(yīng)用服務(wù)器，ASE作為認(rèn)證中心負(fù)責(zé)完成對(duì)等實(shí)體的身份鑒別。序號(hào)0~5代表信息交互的順序。設(shè)備在接入時(shí)，首先向AE發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求，AE接收到注冊(cè)請(qǐng)求信息后，執(zhí)行5步三元對(duì)等流程，完成身份確認(rèn)。交互信息包含DiffieHellman協(xié)議計(jì)算密鑰所需的密鑰因子，確認(rèn)對(duì)等實(shí)體之間的合法性，通過(guò)雙向認(rèn)證并使用DiffieHellman協(xié)議計(jì)算得到本次通信的臨時(shí)會(huì)話密鑰。多個(gè)ASUE接入時(shí)，都會(huì)與AE協(xié)商得到本次會(huì)話密鑰。不同ASUE進(jìn)行通信時(shí)，AE使用ASUE計(jì)算的臨時(shí)會(huì)話密鑰，將ASUE與AE之間的DiffieHellman協(xié)議密鑰因子發(fā)送至對(duì)方的ASUE，用于計(jì)算得到ASUE之間的通信會(huì)話密鑰。

　　圖3給出了實(shí)際環(huán)境中測(cè)試的原型系統(tǒng)，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程使用開(kāi)源軟件，其中認(rèn)證服務(wù)器(ASE)使用開(kāi)源軟件freeradius，對(duì)等實(shí)體包括IPC與NVR端,作為系統(tǒng)中鑒別實(shí)體(AE)，應(yīng)用服務(wù)器使用OpenSips軟件作為系統(tǒng)中鑒別服務(wù)器請(qǐng)求實(shí)體(ASUE)。測(cè)試環(huán)境中需要首先啟動(dòng)NVR端，等待NVR端完成啟動(dòng)后才可以啟動(dòng)IPC端，否則無(wú)法完成對(duì)等實(shí)體之間密鑰協(xié)商且IPC的采集信息無(wú)法保存至NVR。每個(gè)實(shí)體之間的證書(shū)信息由可信第三方簽發(fā)，并通過(guò)安全信道發(fā)送給各個(gè)實(shí)體。

　　通過(guò)上述流程發(fā)現(xiàn)IPC與NVR各自與SIP Server服務(wù)器完成對(duì)等實(shí)體之間身份的鑒別并協(xié)商得到雙方通信的臨時(shí)會(huì)話密鑰，便于后續(xù)利用SIP Server服務(wù)器交互DiffieHellman協(xié)議密鑰因子完成IPC與NVR之間密鑰協(xié)商。

3性能分析

　　通過(guò)模擬環(huán)境對(duì)修改的TePA機(jī)制進(jìn)行測(cè)試，分別對(duì)ASE的驗(yàn)證簽名與AE和ASUE對(duì)等實(shí)體之間的驗(yàn)證簽名性能進(jìn)行測(cè)試。由于測(cè)試環(huán)境受限，ASE并發(fā)測(cè)試過(guò)程中模擬多臺(tái)設(shè)備接入，與實(shí)際測(cè)試結(jié)果可能存在偏差，而且測(cè)試結(jié)果僅在局域網(wǎng)中測(cè)試得到，在公網(wǎng)測(cè)試中受到各種環(huán)境影響，與實(shí)際環(huán)境測(cè)試也會(huì)存在一定的誤差。

　　圖4ASE鑒別響應(yīng)時(shí)間如圖4所示，多設(shè)備接入的ASE鑒別響應(yīng)時(shí)間優(yōu)于單設(shè)備接入所需時(shí)間，這可以證明本文所提機(jī)制在應(yīng)對(duì)多設(shè)備ASE鑒別響應(yīng)時(shí)有著較好的表現(xiàn)。如圖5所示，基于三元對(duì)等的身份鑒別機(jī)制相對(duì)于傳統(tǒng)的方法在對(duì)等實(shí)體交互時(shí)間上有著一定的優(yōu)勢(shì)，時(shí)間的消耗趨勢(shì)比較平穩(wěn)，未出現(xiàn)明顯較大的波動(dòng)。ASUE驗(yàn)證簽名時(shí)間如圖6所示，可以看出，本文推薦的身份鑒別機(jī)制在消耗時(shí)間上明顯小于傳統(tǒng)方法驗(yàn)證簽名所需要的時(shí)間，并且本文方法隨著測(cè)試次數(shù)的增多上下波動(dòng)更為平穩(wěn)，這使得系統(tǒng)運(yùn)行更為穩(wěn)定。

4結(jié)束語(yǔ)

　　本文實(shí)現(xiàn)了基于三元對(duì)等的視頻監(jiān)控身份鑒別機(jī)制，通過(guò)五次消息交互完成對(duì)等實(shí)體之間身份的雙向確認(rèn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)等實(shí)體之間建立安全的會(huì)話鏈路。認(rèn)證交互信息利用數(shù)字簽名保證完整性，通過(guò)可信第三方完成對(duì)等實(shí)體之間身份鑒別，實(shí)現(xiàn)雙向認(rèn)證，有效地解決了利用預(yù)置共享密鑰參與加/解密實(shí)施中間人攻擊，以及Kerberos弱口令而導(dǎo)致攻擊者可以實(shí)施口令猜測(cè)攻擊的問(wèn)題。結(jié)合密鑰協(xié)商DiffieHellman協(xié)議，完成身份鑒別的同時(shí)也完成對(duì)等實(shí)體之間會(huì)話密鑰協(xié)商，保證設(shè)備之間信息交互的機(jī)密性。

參考文獻(xiàn)

　　［1］ 孫鳳杰, 崔維新, 張晉保,等. 遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控與圖像識(shí)別技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電網(wǎng)技術(shù), 2005, 29(5):8184.

　　［2］ 陳啟軍, 左明. 多媒體圖象監(jiān)控的一種實(shí)現(xiàn) ［J］.計(jì)算機(jī)工程, 1997, 23(5): 3840.

　　［3］ 樊莉莉.基于SIP的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安全傳輸［D］.太原:太原理工大學(xué), 2011.

　　［4］ SERPANOS D N, PAPALAMBROU A. Security and privacy in distributed smart cameras［J］.Proceedings of the IEEE, 2008, 96(10):16781687.