基于IMS的VoIP高速媒体流安全网关设计与实现

摘要

随着网络技术朝着数字化、综合化、智能化的方向飞速发展,网络已经深深融入了人们的日常生活、工作中,通过IP网络提供语音、视频、传真、数据等多媒体综合业务已成为实时通信发展的趋势和目标。这种利用IP网络为人们提供实时信息交互的技术,随着网络应用的进一步普及,已成为人们相互联络的重要手段。然而为IP终端设备提供服务的IP网络存在着各种各样的安全隐患,网络上传输的IP数据包极易为黑客所截获,从而造成关键信息的丢失或被窃听。
　　本文的目标是设计并实现一种高速VoIP安全网关,该安全网关和项目团队同步研制的安全终端以及管理设备共同组成一个VoIP加密系统。安全网关对RTP(Real-Time transport protocol,实时传输协议)报文进行加解密处理,从而为用户提供安全的VoIP语音通信。
　　本文首先对VoIP通信系统以及该系统应用到的相关协议进行了阐述和分析,对当前主流的几种呼叫控制协议和加解密算法进行分析与比较,确定采用以AES(高级加密标准)作为RTP媒体报文的加密算法,设计并实现了VoIP安全网关。主要的工作分为软、硬件两部分:软件方面主要包括驱动开发,数据封装协议和密钥分发协议的设计和调试;硬件方面则是对主要芯片的选型,原理框图的设计,外围电路的搭建以及AES算法的FPGA实现。本文详细介绍了硬件电路和关键模块的Verilog代码,软件部分的具体实现不属于本论文的研究内容,未做详细说明。
　　最后,通过在内部测试网络中搭建一套开源SIP服务器,笔者测试了本论文设计的安全网关对VoIP语音业务的加密功能和加密性能,另外,通过抓包的方式对VoIP通信的安全性进行了验证。

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第一章 绪论

1.1选题背景

1.2课题研究的实际需求与实践意义

1.3国内外研究现状与发展趋势

1.4本文主要工作

1.5本论文的章节安排

第二章 背景技术知识

2.1IMS技术简介

2.2VoIP系统介绍

2.3VoIP系统安全性分析

2.4VoIP系统的安全策略

2.5数据加密技术

2.6本章小结

第三章 高速VoIP媒体流安全网关设计

3.1设计目标

3.2设计原则

3.3安全网关加密体制设计

3.4数据封装协议设计

3.5密钥分发设计

3.6硬件平台选择及架构选择

3.7本章小结

第四章 高速VoIP媒体流安全网关实现

4.1设备工作原理

4.2硬件设计

4.3FPGA设计

4.4软件设计

4.5数据封装协议

4.6密钥协商协议实现

4.7本章小结

第五章 测试及结果分析

5.1测试环境

5.2测试方法

5.3测试结果

5.4结果分析

5.5本章小结

第六章 结 论

6.1本文的主要贡献

6.2下一步工作展望

致谢

参考文献