（计算机科学与技术专业论文）一个评估voip服务的安全方法.pdf

r ，n am e t h o df o re v a l u a t i n g t h es e c u r i t y o fv o i ps e r v i c e s s p e c i a l t y ：c o m p u t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y m a s t e rd e g r e ec a n d i d a t e ： 基l ! 至l i f ac o u l i b a l y s u p e r v i s o r ：里! q l i ul i a n h a o s c h o o lo fi n f o r m a t i o ns c i e n c e e n g i n e e r i n g c e n t r a ls o u t hu n i v e r s i t y c h a n g s h ah u n a np r c ( 2 0 - , 0 ) i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：c q 螋凼盟础户 日期：上进l 年监月业日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：坦坐螂师签名她日期：皿年五月业日 a b s t r a c t v o pi san e wa n dv e r ya t t r a c t i v et e c h n o l o g y i t sd e f i n i t i o nb y p a s s e s t h et r a n s m i s s i o no fv o i c eo v e rp a c k e t s w i t c h e di pn e t w o r k st om e e to t h e r m u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n s a n dt oe n s u r e d y n a m i s m , m o b i l i t y a n d i n n o v a t i v e a p p l i c a t i o n s d u et o i t s g r e a tf l e x i b i l i t ya n de c o n o m i c a l a d v a n t a g eo v e rt r a d i t i o n a lp s t n ，i t sd e p l o y m e n tw i d e l yi n c r e a s e sb y b o t h e n t e r p r i s e sa n di n d i v i d u a l s b a s e do na s e to fs t a n d a r da n d p r o p r i e t a r yp r o t o c o l s ，v o i pp r o d u c t s a r en o tl i m i t e dt oe n d u s e r e q u i p m e n t s ，b u ti n c l u d ea sw e l lc a l lp r o c e s s o r sa n dm a n a g e r s ，s i g n a l i n g a n dm e d i ag a t e w a y s ，p r o x i e sa n df i r e w a l l s v o l pi n h e r i t st h ea d j a c e n ts e c u r i t yp r o b l e m sa s s o c i a t e dt ot h ei p a u g m e n t e d w i t hn e ws p e c i f i co n e s v u l n e r a b i l i t i e so f s i g n a l i n ga n dm e d i a p r o t o c o l sc o u l db ee x p l o i t e df o re a v e s d r o p p i n g ，f r a u d u l e n tu s a g ea n d d e n i a lo fs e r v i c e v o l pi sa t t r a c t i v ef o ra d v e r t i s e r st h a tc a ne a s i l yd e p l o y i n t e r n e tc a l ic e n t e r sa n dm a k ea u t o m a t e dc a l l sa tl o wc o s t s s e c u r i t yc o n s i d e r a t i o n sf o rv o i ph a v eb e e na n ds t i l la r et h es u b j e c t o fa l a r g e a u d i e n c ei nt h e i n d u s t r i a l ，a c a d e m i c a n d g o v e r n m e n t c o m m u n i t i e s i nf a c t ，v o l ps e c u r i t yi ss t r o n g l yc o n s t r a i n e db yi t ss p e c i a l c h a r a c t e r i s t i c sl i k e q u a l i t y o fs e r v i c ei s s u e s ，a d d r e s st r a n s l a t i o na n d d y n a m i cc a l le s t a b l i s h m e n ta c r o s sf i r e w a l l s c o n v e n t i o n a ld a t an e t w o r k s p o l i c i e s l i k e e n c r y p t i o n ，a u t h e n t i c a t i o na n dd a t ai n t e g r i t y a r eh i g h l y r e c o m m e n d e d h o w e v e r , t h e yd o n tt o t a l l yf i ti n t op r a c t i c a ld e p l o y m e n t s o fv o l pa r c h i t e c t u r e sw h i c ha r eo fl a r g es c a l e ，o p e na n dd y n a m i cn a t u r e s u c hp o l i c i e sa r ei n c o m p a t i b l ew i t hn e t w o r ka d d r e s st r a n s l a t i o n ，i n c r e a s e l a t e n c y , a n dn e e dak e yd i s t r i b u t i o ni n f r a s t r u c t u r e m o r es t r e s ss h o u l db e p u to ns e c o n dl i n eo fd e f e n s ep o l i c i e sl i k ep r o a c t i v ed e f e n s e ，i n t r u s i o n d e t e c t i o na n dm o n i t o r i n gm e c h a n i s m sf o rt h em i t i g a t i o no rt h ep r e v e n t i o n o fa t t a c k s i m p o r t a n tw o r ki nb o t hh o s ta n dn e t w o r ki n t r u s i o nd e t e c t i o n h a s a l r e a d y b e e nd o n e b yt h e l n d u s t r i a la n da c a d e m i cr e s e a r c h c o m m u n i t i e s ，f o c u s e di ns c o p et o w a r d sn e t w o r ki n t r u s i o nd e t e c t i o nf o r t r a n s p o r t ，r o u t i n ga n da p p l i c a t i o nl e v e lp r o t o c o l s h o w e v e r , s p e c i f i c a p p r o a c h e sf o rv o l p a r es t i l li nap r e l i m i n a r ys t a g e a l r e a d ys u b m i t t e di n h e r e n tv u l n e r a b i l i t i e sa tt h ei pl a y e rw h i c ht h i s s e r v i c ei sb a s e d ，i tb r i n g sw i t hi tn e wt h r e a t st o s e c u r i t yo fc o m p u t e r s y s t e m s 【1 1 t oi m p r o v et h es e c u r i t yo ft h e s es e r v i c e si t s h o u l dp r o v i d e d o m a i ne x p e r t sa n dd e v e l o p e r so f a p p l i c a t i o n st h a ta r ed e p l o y e ds o l u t i o n s t h a ta u t o m a t et h ep r o c e s so fd i s c o v e r i n gv u l n e r a b i l i t i e sa n dw a y st o v e r i f yt h a tt h e s ev u l n e r a b i l i t i e sa r ew e l lc o v e r e db yb a r r i e r se f f e c t i v e d e p l o y m e n t sr e a l t h et h e s i sw o r ki sp l a c e di nt h i sp e r s p e c t i v ea n df o c u so nt h ed e s i g n o fs u c he n v i r o n m e n t sf o r c o m m u n i c a t i n gs y s t e m s t h ea p p r o a c h i s i n s t a n t i a t e do nt h es i pp r o t o c o ld e s c r i b e di ns e c t i o n1 4 t h et h e s i si s m o t i v a t e dt ol e v e r a g ee x i s t i n gc o n c e p t u a ls o l u t i o n sf o rt h ev o l ps p e c i f i c a p p l i c a t i o n d o m a i n i tf o c u s e so nt h e d e s i g n ，v a l i d a t i o n a n d i m p l e m e n t a t i o no fn e w m o d e l sa n da r c h i t e c t u r e sf o rp e r f o r m i n gp r o a c t i v e d e f e n s e ，m o n i t o r i n ga n di n t r u s i o n d e t e c t i o ni nv o l pn e t w o r k s t h e m a n u s c r i p ti sc o m p o s e do ff o u r t hp a r t sa n do r g a n i z e da sf o ll o w s ： t h ef i r s tc h a p t e rg i v e sa no v e r a l l ，y e tb r i e fi n t r o d u c t i o na b o u tv o i p s i g n a l i n g ；m e d i at r a n s f e ra n dn e t w o r ka d d r e s st r a n s l a t i o nt r a v e r s a l p r o t o c o l s t h es e c o n dc h a p t e rg o e sa c r o s s ap a n o r a m ao ft h ev o l pt h r e a t s a m o n ga l lp o s s i b l et h r e a t s ，i t f o c u s e so nv o l ps p e c i f i co n e sw i t ha d e s c r i p t i o no ft h es i pp r o t o c o lw h i c hi st h ep r e f e r r e du s e dc a s eo f t h e w o r kd o n ei nt h i st h e s i s t h ew o r kt r yt oa c c o m p l i s ht h ef i r s tt a s ko fa n y s e c u r i t yp r o j e c tw h i c hi st h er i s ki d e n t i f i c a t i o na n dc l a s s i f i c a t i o nr i s k s ， t h i s c h a p t e r i sc o n c l u d e d b yp r e s e n t i n g t h eb e s t p r a c t i c e s r e c o m m e n d a t i o n st om i n i m i z ea t t a c k so nv o i pn e t w o r k s t h et h i r dc h a p t e rd e s c r i b e sa r c h i t e c t u r ef o ri n t e g r a t e da n a l y s i so f v o l ps e c u r i t y t h i sa r c h i t e c t u r ea u t o m a t e st h ep r o c e s ss a f e t y 。a u d i to fa v o l pi n f r a s t r u c t u r ea n de n s u r e s i n t e g r a t i o na n di n t e r o p e r a b i l i t yo f c o m p o n e n t sv i aau n i f i e di n f o r m a t i o nm o d e l t h i sa r c h i t e c t u r ei sa na s s e s s m e n ta p p r o a c hw h i c he x p l o i t sd i f f e r e n t e x i s t i n gt o o li no r d e rt ob u i l dac o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e lf o rv o l p a s s e s s m e n t ( s p e c i f i c a l l yt os i p ) t h u s ，i n f o r m a t i o ng a t h e r e di nt h em o d e l c a nl a t e rb eu s e dt oc o n d u c tt e s t i n ga t t a c k s i no r d e rt oe v a l u a t et h e n e t w o r ks e c u r i t yl e v e l f i n a l l y , t h i st h e s i sa d d r e s s e st h ei s s u eo fd e t e c t i n gv u l n e r a b i l i t i e s u s i n gf u z z i n gt e c h n i q u e i td e s c r i b e sa na u t o m a t e da t t a c k a p p r o a c h c a p a b l et os e l fi m p r o v ea n dt ot r a c kt h es t a t ec o n t e x to fat a r g e td e v i c e t h i s a p p r o a c h h a sb e e n i m p l e m e n t e da n dw a sa b l et od i s c o v e r v u l n e r a b i l i t i e si nm a r k e t l e a d i n g a n dw e l lk n o w n e q u i p m e n t sa n d s o f t w a r e k e yw o r d s ：v o i ps e c u r i t y ，n e t w o r ka s s e s s m e n t ，s o f t w a r et e s t i n g , p r o t o c o lf u z z e r ，s i pv u l n e r a b i l i t i e s m 摘要 v o l p 是一种新兴且非常有吸引力的技术。它采用了基于i p 网络的 分组语音技术，不同于传统的电路交换网络，且可以满足其他多媒体 应用，并成为有活力的创新应用。相对于传统p s t n 网络，v o i p 以其 极大的灵活性和经济优势，目前已广泛部署于企业和应用于个人。根 据对标准的和专有的协议规定，v o l p 产品不再受限于终端用户设备， 可包括呼叫处理器和呼叫管理，信令和媒体网关，代理和防火墙。 v o l p 由于基于i p 传输，因此也继承了i p 网络的安全性问题。v o i p 信令和媒体协议的漏洞可能会被利用为窃听和发动攻击，欺诈使用和 拒绝服务。v o i p 最吸引客户的是可以低廉的成本，很容易部署i n t e r n e t 呼叫中心，并以完成自动电话呼叫的过程。 v o l p 的安全考虑仍然是工业，学术界和政府一个大问题。事实上， v o l p 的安全性被一些特殊服务所限制，如服务质量，( n a t ) 地址转 换和跨防火墙的动态呼叫建立。建议部署传统的数据网络安全技术如 加密、身份验证和数据完整性等。然而，它们并不完全适合部署在大 型v o l p 架构中。一些安全策略是不兼容的，如网络地址转换，增加延 迟，并需要一个密钥分配基础设施。更多的安全重点应放在诸如主动 防御，入侵检测和监测防务政策的第二道防线，减轻或预防攻击的机 制。工业和学术研究已经完成主机和网络入侵检测的重要工作，入侵 检测主要集中在网络传输、路由和应用层协议。但是，v o l p 的安全性 仍处于初步阶段。 目前i p 层，一些服务是根据固有的弱点，它对计算机系统的安全 带来了新的威胁【l 】。相关领域专家和开发人员为了改善这些安全服务 提供了新的应用部署解决方案，可自动发现的漏洞和攻击，并验证这 些漏洞以及部署，真正做到有效的对覆盖进程的安全性。 本论文工作重点在于，在这种i p 环境下的重点通信系统设计。该 方法是采用s i p 协议来实现如第1 4 部分所述。论文的动机，以充分利 i v 用现有的概念性解泱方案提供v o l p 在特定应用领域的应用。它集中在 设计，验证和实施新的v o i p 模式和体系结构，并可对v o l p 网络实行 积极防御，监控和入侵检测。这份手稿第四部分的安排如下： 第一章给出了整体的，且简要介绍有关v o l p 信令，媒体传输和网 络地址转换协议。 第二章去讨论目前可能存在的v o l p 威胁。在所有可能的威胁中， 侧重于v o l p 的安全相关问题的描述与s i p 协议作为首选使用协议。工 作的第一个任务的是安全项目，该项目主要在于风险识别和风险分类， 本章最后提出建议的最佳做法，以尽量减少v o l p 网络攻击。 第三章介绍了集成应用环境架构的v o l p 安全。对架构中所实施的 v o l p 基础设施安全审计，并确保通过一个统一的信息模型集成和组件 的互操作性。 这种架构是一个评估方法，利用现有的工具，以便建立一个可评 估的v o l p 信息模型( 具体n s l p ) 。因此，在模型中的信息收集以后可 以被用来进行攻击测试，以评估网络的安全水平。 最后，本论文，这一理论解决了检测漏洞问题用f u z z i n g t e c h n i q u e 。它描述了使用自动攻击的方法及自我改进和跟踪状态的 设备和技术。这种方法目前已经得到实施应用，并能够发现相关设备 和软件的最新漏洞。 关键词v o l p 安全，网络评估，软件测试，协议模糊测试工具，s i p 协议 中的漏洞 v c o n t e n t a b s t r a c t i 摘要 l i s to f f i g u r e s ： l i s to f t a b l e s ! x c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n i 1 1b a c k g r o u n d 2 1 2v o l pp r o t o c o l s 5 1 3 a c o m p a r i s o nb e t w e e n s i pa n dh 3 2 3 6 1 4s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l ( s i p ) 7 1 4 1s i pc a l le x a m p l e 9 1 4 2a r c h i t e c t u r e 1 0 1 4 3f u n c t i o n a l i t y 1 1 1 4 4h i e r a r c h y 1 2 1 4 5s i p s e c u r i t ym e c h a n i s m s 1 3 1 5m e d i ad e s c r i p t i o na n dm e d i at r a n s f e rp r o t o c o l s 1 4 1 5 1s d p ：s e s s i o nd e s c r i p t i o np r o t o c o l 1 4 1 5 2r t pa n dr t c p 1 5 1 6n a tt r a v e r s a lp r o t o c o l s 1 6 1 6 1s t u n 1 7 1 6 2t u r n 。1 7 1 7s u m m a r v ：1 7 c h a p t e r2 p r o b l e ms t a t e m e n t ：t h ev o l pt h r e a t s ，1 9 2 1i n t r o d u c t i o n 1 9 2 2v o i ps e c u r i t yr i s k s 2 0 2 2 1s u p p o r t i n gs e r v i c e s 2 0 2 2 2m e d i ap r o t o c o l s 2 1 2 2 3s i g n a l i n gp r o t o c o l s 一2 1 2 3t h r e a t s 2 6 2 4c u r r e n tb e s tp r a c t i c e s 3 0 2 4 1d e p l o y m e n t & m a i n t e n a n c es u p p o r t 3 0 v 1 2 4 2p r o t o c o lp r o t e c t i o n 3 1 2 4 3n e t w o r kd e s i g n 3 4 2 5s u m m a r v 3 2 c h a p t e r3a s s e s s m e n te n v i r o n m e n t f o rv o l ps e r v i c e s 3 6 3 1a s s e s s m e n tf u n c t i o n a l i t y p r o b l e m s 3 6 3 2v o i pa s s e s s m e ma r c h i t e c t u r e 3 7 3 2 1d i s c o v e r ya c t i o n s 3 8 3 2 2g a t h e r e di n f o r m a t i o n 4 1 3 2 3a t t a c ka c t i o n s 4 1 3 3i n f o r m a t i o nm o d e l 4 2 3 4w r i t i n ga s s e s s m e n tt e s t s 4 6 3 4 1a t t a c kt r e e s 4 7 3 4 2 v o l p a t t a c k t r e e e x a m p l e 4 7 3 4 3s c r i p t i n ge n v i r o n m e n t ，5 0 3 5s u m m a r y 5 0 c h a p t e r4v u l n e r a b i l i t i e st e s t i n g 5 4 4 1i n t r o d u c t i o n 5 4 4 2f u z z i n g 5 5 4 3f u z z i n gv o i c eo v e ri pd e v i c e s 5 7 4 4f u z z i n gf r a m e w o r k 5 8 4 4 1s t a t e f u lf u z z i n ge v a l u a t i o n 5 9 4 4 2r e p o r t i n ge v e n t s 6 0 4 5s t a t e f u lf u z z i n g 6 1 4 5 1p a s s i v et e s t i n g 6 1 4 5 2a c t i v et e s t i n g 6 3 4 6e x p e r i m e n t a lr e s u l t s 。，6 5 4 6 1s t a t ef u z z e re f f e c t i v e n e s s 6 6 4 6 2t e s t e ds c e n a r i o s 6 7 4 7p r o t o c o lt r a c k i n gv u l n e r a b i l i t i e s 6 9 4 7 1t o l lf r a u dv u l n e r a b i l i t i e s 7 1 4 7 2r e m o t ee a v e s d r o p p i n gv u l n e r a b i l i t i e s 7 2 4 7 3w e a kc r y p t o g r a p h i ci m p l e m e n t a t i o n s 7 3 c h a p t e r5 c o n c l u s i o n 7 4 r e f e r e n c e s 7 6 a c k n o w l e d g m e n t s 8 3 p a p e rp u b l i s h e d 8 4 g l o s s a r y 8 5 l i s to ff i g u r e s f i g u r el 一1p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r ka r c h i t e c t u r e 3 f i g u r e1 - 2s i p m e t h o d s 8 f i g u r e1 - 3s i pr e s p o n s ef a m i l i e s 9 f i g u r e1 - 4s i pc a l le x a m p l e 1 0 f i g u r e1 - 5s i p a r c h i t e c t u r a lc o m p o n e n t s 1 1 f i g u r e1 - 6s i pd i a l o ga n d t r a n s a c t i o n s 1 3 f i g u r e2 1t r e eo f v o l p s p e c i f i ct h r e a t s 1 9 f i g u r e2 - 2s u p p o r t i n gs e r v i c e sf o ras i p u a 2 0 f i g u r e2 - 3o p e n s e rr e s p o n s et oa ni n v i t ef l o o d i n gw i t ha ni n v a l i dd o m a i nn a m e 2 5 f i g u r e2 - 4s i p a u t h e n t i c a t i o n 2 8 f i g u r e2 5s o f t w a r ef l a w s ( c w ) f r o m1 9 8 8u n t i l2 0 0 8 2 8 f i g u r e2 - 6n e t w o r ks e r v i c e ss e c u r i t ya r c h i t e c t u r e 3 3 f i g u r e3 - 1s e c u r i t ya s s e s s m e n tt o o la r c h i t e c t u r