史庭俊，張穎杰，魏振宇

　　(揚州大學 信息工程學院,江蘇 揚州 225127)

　　摘要：視頻監(jiān)控安全問題一直備受關(guān)注，如何保障信息傳輸安全是人們研究的重點。傳統(tǒng)基于口令的身份認證協(xié)議存在弱口令隱患，導致攻擊者利用口令猜測攻擊獲取非法信息。然而使用Kerberos協(xié)議要求用戶設(shè)置強口令以增強認證安全，用戶的體驗方式差。設(shè)計了一種基于三元對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制，實現(xiàn)對等實體之間的雙向認證，有效地解決了設(shè)備認證的安全問題。

　　關(guān)鍵詞：口令猜測攻擊；Kerberos協(xié)議; 三元對等

0引言

　　近幾年安全事件的頻繁爆發(fā)，引發(fā)了人們對安全領(lǐng)域的關(guān)注，尤其視頻監(jiān)控安全問題引發(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，目前被廣泛地應用于商場、家庭、甚至于邊防、重要機關(guān)等場所［12］。隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，視頻監(jiān)控在許多重要的場所發(fā)揮著不可替代的作用，但由于所控制的區(qū)域和場所對信息安全的要求較高［3］，一旦被惡意攻擊，包括通過偷窺或者控制等手段截獲非法信息，帶來的影響對公司或個人將非常嚴重，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)控身份認證技術(shù)，引入可信第三方對鑒別服務器請求實體和鑒別實體完成身份的雙向認證，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CA鑒別簽發(fā)實體的證書是否被惡意篡改，實現(xiàn)對等實體之間身份確認，確保接入實體的合法性，保證對等實體之間建立安全的通信鏈路，有效地解決身份認證問題。同時結(jié)合DiffieHellman協(xié)議實現(xiàn)對等實體之間臨時會話密鑰的安全協(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，并提供了一些相應的解決方案［4］，同時也提到關(guān)于設(shè)備之間的身份驗證問題，但并沒有給出具體的認證解決方式。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措施的一些機制，但大多端點的安全接入管理功能是基于802.1x認證，通過擴展EAP驗證和Radius協(xié)議，以此保護前端接入設(shè)備的安全性。802.1x的引入雖然解決了一些傳統(tǒng)的安全問題，但把此認證引入到監(jiān)控系統(tǒng)中，還會帶來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)商得到的安全會話密鑰是通過AS傳至AP，認證方式將生成的會話密鑰通過網(wǎng)絡(luò)傳遞，由于網(wǎng)絡(luò)本身存在不安全因素，導致引入的認證方式存在新的安全缺陷，而且通信過程的中間設(shè)備沒有獨立的認證實體，認證過程容易受到攻擊，這是802.1x中存在的一個必然的安全漏洞［78］。視頻監(jiān)控業(yè)界開放型網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品接口論壇（Open Network Video Interface Forum，ONVIF）標準［9］基于Web Services，而Web Services 主要利用SOAP和HTTP使信息在Web上傳輸。在認證方面，該標準主要是使用WSS摘要認證、HTTP 摘要認證和TLS-based access［10］，但這些認證都是單向認證，無法驗證交互實體的合法性，存在主動攻擊威脅。

　　三元對等鑒別機制（TePA）是中國擁有自主創(chuàng)新知識產(chǎn)權(quán)的信息安全領(lǐng)域的實體鑒別機制，可用于訪問控制、身份鑒別、數(shù)字簽名、可信計算等安全系統(tǒng)［1112］。文獻［1314］中描述了該機制的通信流程，通過五步交互完成對等實體的雙向認證。文獻［1517］分別證明TePA鑒別機制的安全性。本文設(shè)計的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的身份鑒別機制在原有機制的基礎(chǔ)上進行了相應的調(diào)整，結(jié)合密鑰協(xié)商協(xié)議DiffieHellman協(xié)議，使對等實體在完成5次消息交互后，不僅實現(xiàn)了安全通信信道的建立并且完成了對等實體之間的雙向認證，而且對等實體之間通過密鑰協(xié)商DiffieHellman協(xié)議在身份認證過程中交換對等實體通信之間的密鑰因子，雙向認證完成確認對等實體之間的身份，利用對等實體之間傳遞的密鑰因子生成安全的臨時會話密鑰，保證雙方通信安全。

2TePA認證技術(shù)

　　2.1符號

　　表1列出了本文使用符號的具體含義。

　　2.2TePA認證技術(shù)

　　ASE為引入的可信第三方，擁有對等實體當前的有效公鑰，AE和ASUE是對等實體，且雙方都擁有當前ASE的有效公鑰。假設(shè)設(shè)備之間證書信息通過安全信道獲取，如圖1給出了三元對等鑒別機制的一種形式，對等實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基于三元對等的身份鑒別方式實現(xiàn)對等實體身份鑒別，實體之間相互通信需要保證信息的安全性，認證完成后再進行密鑰協(xié)商。雖然這樣可以確保會話密鑰的安全協(xié)議，但信息交互次數(shù)增加，將帶來額外的時間和資源開銷。本文修改后的方案在認證過程中，結(jié)合DiffieHellman協(xié)議完成對等實體之間身份雙向認證的同時協(xié)商得到安全的臨時會話密鑰，保證會話鏈路的安全建立和會話密鑰的安全圖協(xié)商。圖2給出了修改后的三元對等鑒別機制，在對等實體鑒別過程中，同時又完成會話密鑰的安全協(xié)商。

　　圖2中ASUE代表接入設(shè)備，AE代表應用服務器，ASE作為認證中心負責完成對等實體的身份鑒別。序號0~5代表信息交互的順序。設(shè)備在接入時，首先向AE發(fā)送注冊請求，AE接收到注冊請求信息后，執(zhí)行5步三元對等流程，完成身份確認。交互信息包含DiffieHellman協(xié)議計算密鑰所需的密鑰因子，確認對等實體之間的合法性，通過雙向認證并使用DiffieHellman協(xié)議計算得到本次通信的臨時會話密鑰。多個ASUE接入時，都會與AE協(xié)商得到本次會話密鑰。不同ASUE進行通信時，AE使用ASUE計算的臨時會話密鑰，將ASUE與AE之間的DiffieHellman協(xié)議密鑰因子發(fā)送至對方的ASUE，用于計算得到ASUE之間的通信會話密鑰。

　　圖3給出了實際環(huán)境中測試的原型系統(tǒng)，系統(tǒng)開發(fā)過程使用開源軟件，其中認證服務器(ASE)使用開源軟件freeradius，對等實體包括IPC與NVR端,作為系統(tǒng)中鑒別實體(AE)，應用服務器使用OpenSips軟件作為系統(tǒng)中鑒別服務器請求實體(ASUE)。測試環(huán)境中需要首先啟動NVR端，等待NVR端完成啟動后才可以啟動IPC端，否則無法完成對等實體之間密鑰協(xié)商且IPC的采集信息無法保存至NVR。每個實體之間的證書信息由可信第三方簽發(fā)，并通過安全信道發(fā)送給各個實體。

　　通過上述流程發(fā)現(xiàn)IPC與NVR各自與SIP Server服務器完成對等實體之間身份的鑒別并協(xié)商得到雙方通信的臨時會話密鑰，便于后續(xù)利用SIP Server服務器交互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

　　通過模擬環(huán)境對修改的TePA機制進行測試，分別對ASE的驗證簽名與AE和ASUE對等實體之間的驗證簽名性能進行測試。由于測試環(huán)境受限，ASE并發(fā)測試過程中模擬多臺設(shè)備接入，與實際測試結(jié)果可能存在偏差，而且測試結(jié)果僅在局域網(wǎng)中測試得到，在公網(wǎng)測試中受到各種環(huán)境影響，與實際環(huán)境測試也會存在一定的誤差。

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

4結(jié)束語

　　本文實現(xiàn)了基于三元對等的視頻監(jiān)控身份鑒別機制，通過五次消息交互完成對等實體之間身份的雙向確認，實現(xiàn)對等實體之間建立安全的會話鏈路。認證交互信息利用數(shù)字簽名保證完整性，通過可信第三方完成對等實體之間身份鑒別，實現(xiàn)雙向認證，有效地解決了利用預置共享密鑰參與加/解密實施中間人攻擊，以及Kerberos弱口令而導致攻擊者可以實施口令猜測攻擊的問題。結(jié)合密鑰協(xié)商DiffieHellman協(xié)議，完成身份鑒別的同時也完成對等實體之間會話密鑰協(xié)商，保證設(shè)備之間信息交互的機密性。

參考文獻

　　［1］ 孫鳳杰, 崔維新, 張晉保,等. 遠程數(shù)字視頻監(jiān)控與圖像識別技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用［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)控的一種實現(xiàn) ［J］.計算機工程, 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, 2011.

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