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ANSSI R226 拦截合规文档

文档目的： 本文档提供了在法国刑法第 R226-3 条和 R226-7 条下获得 ANSSI R226 授权所需的技术规范，适用于 OmniCSCF IMS 核心网络（呼叫会话控制功能）。

分类： 监管合规文档

目标机构： 法国国家信息系统安全局（ANSSI）

法规： R226 - 通信隐私和合法拦截的保护

1. 详细技术规范​

1.1 系统识别​

产品名称： OmniCSCF IMS 核心网络
产品类型： IP 多媒体子系统（IMS）核心网络
主要功能： VoIP/VoLTE 呼叫会话控制和多媒体服务交付
部署模型： 本地电信基础设施

网络组件：

  • P-CSCF（代理呼叫会话控制功能）
  • E-CSCF（紧急呼叫会话控制功能）
  • I-CSCF（查询呼叫会话控制功能）
  • S-CSCF（服务呼叫会话控制功能）

该系统处理 IP 多媒体子系统（IMS）网络的注册、认证、会话路由和呼叫控制。详细的拦截能力和加密特性在下面的章节中描述。

1.2 拦截能力​

1.2.1 注册和会话获取​

SIP 注册捕获：

CSCF 系统处理所有 SIP 注册并维护完整的注册状态：

  • 用户标识符：

  • 注册元数据：

    • 联系 URI（实际 UE 网络地址）
    • 路径头（通过 P-CSCF 返回的路由）
    • 服务路由头（路由到 S-CSCF）
    • 用户代理字符串（设备类型识别）
    • 注册过期时间戳
    • 源 IP 地址和端口
    • 传输协议（TCP/UDP/TLS）
    • 认证向量（RAND、AUTN、XRES、CK、IK 来自 HSS）

  • 网络位置信息：

    • P-Access-Network-Info 头（基站、位置区域）
    • P-Visited-Network-ID（漫游网络识别）
    • 接收的 IP 地址（实际源）
    • P-CSCF 地址（网络入口点）

呼叫会话捕获：

S-CSCF 维护所有活动呼叫的完整 SIP 对话状态：

  • 会话标识符：

    • Call-ID（唯一会话标识符）
    • From/To URI 和标签
    • 双方的路由集
    • Original-Dialog-ID（用于应用服务器交互跟踪）

  • 会话元数据：

    • 主叫身份（From 头，P-Asserted-Identity）
    • 被叫方（To 头，请求 URI）
    • 会话建立时间戳
    • 会话终止时间戳
    • 对话状态（早期/确认/已删除）
    • CSeq 编号（事务排序）

  • 媒体信息：

    • SIP 消息体中的 SDP（会话描述协议）
    • 媒体服务器地址（OmniTAS）
    • 编解码器信息（音频/视频格式）
    • 媒体流端点
    • RTP/RTCP 端口分配

紧急呼叫识别：

E-CSCF 组件识别并路由紧急呼叫：

  • 紧急号码检测（112、911 等）
  • IMEI（国际移动设备身份）捕获
  • IMEI 到 MSISDN 的映射（用于回拨）
  • 来自 UE 或网络的位置
  • HELD（HTTP 启用位置交付）协议支持
  • 紧急路由目的地（PSAP/紧急 AS）

1.2.2 数据存储和处理​

重要：仅内存状态

CSCF 组件（P-CSCF、E-CSCF、I-CSCF、S-CSCF）仅在内存中维护所有状态数据。没有持久数据库存储注册或呼叫会话数据。所有注册绑定、对话状态和 IPsec 安全关联都存储在内存中，并在系统重启时丢失。

活动注册数据（内存中）：

CSCF 系统仅维护实时状态：

P-CSCF 注册状态：

  • IPsec 安全关联数据（SPI 对、端口、加密参数）
  • UE 联系绑定和网络地址
  • IPsec 隧道端点和状态
  • 注册有效期

S-CSCF 注册状态：

  • 公共身份（IMPU）和当前注册状态
  • 带有路径头、用户代理、接收地址的联系绑定
  • 私有身份（IMPI）到公共身份的映射
  • 来自 HSS 的用户配置文件（在注册期间缓存）

活动会话状态（内存中）：

S-CSCF 仅维护活动呼叫状态：

  • 呼叫标识符（Call-ID）、参与者身份（From/To 标签）
  • 路由集和联系地址
  • 会话状态（早期/确认/已终止）
  • 会话时间信息

无 CDR 或历史跟踪：

CSCF 组件不生成或存储：

  • 呼叫详细记录（CDR）
  • 历史呼叫记录
  • 历史注册记录
  • 长期事件跟踪

CDR 生成和历史跟踪： 所有呼叫详细记录、计费数据和历史呼叫跟踪由**TAS（电话应用服务器 - OmniTAS）**处理，而不是由 CSCF 组件处理。

SIP/Diameter 消息日志记录：

CSCF 可以生成实时事件日志以供操作使用：

  • SIP 消息日志记录： 可选的 SIP 消息日志记录（INVITE、REGISTER 等）
  • Diameter 消息日志记录： 可选的 Diameter 事务日志记录（Cx、Rx、Ro）
  • 系统事件： 配置更改、错误、故障

这些日志是瞬态操作日志，而不是持久的呼叫记录。日志保留是可配置的，通常是短期的（几小时到几天），仅用于调试目的。

1.2.3 分析能力​

实时监控：

Phoenix LiveView 网络控制面板提供：

  • 注册监控：

    • 查看所有注册用户，带分页
    • 按 IMPU、联系、IMPI 搜索
    • 注册详细信息（联系、路径、用户代理、过期）
    • 强制注销能力

  • 对话监控：

    • 活动呼叫会话视图
    • Call-ID、From/To URI、状态、持续时间
    • 呼叫终止能力（发送 BYE）
    • 每 5 秒自动刷新

  • 系统状态：

    • Diameter 对等状态（HSS、PCRF、OCS 连接）
    • 前端网关状态
    • 系统容量指标
    • IPsec 隧道容量（P-CSCF）

关于历史数据的说明：

CSCF 组件不维护历史数据。对于历史呼叫记录、CDR 和通信模式分析，合法拦截机构必须与**OmniTAS（电话应用服务器）**协调，该服务器处理所有 CDR 生成和长期呼叫跟踪。

实时服务触发可见性：

S-CSCF 实时处理初始过滤标准（iFC）：

  • iFC 评估确定每个呼叫触发哪些应用服务器
  • 实时可见性显示哪些服务被调用
  • 应用服务器路由决策在 SIP 消息流中可见

网络状态：

  • HSS 连接状态（Diameter Cx 接口）
  • S-CSCF 选择分布（I-CSCF）
  • 呼叫路由模式
  • 应用服务器响应时��
  • Diameter 事务性能

1.3 对策能力​

1.3.1 隐私保护机制​

通信机密性：

  • IPsec 隧道： UE 和 P-CSCF 之间的 ESP（封装安全负载）隧道

    • 加密：AES-CBC、AES-GCM
    • 认证：HMAC-SHA1、HMAC-SHA256
    • 从 IMS AKA 派生密钥（CK/IK 来自 HSS）
    • 每个 UE 的安全关联

  • TLS/TLS 支持：

    • 支持 SIP over TLS（SIPS）
    • 支持 Diameter over TLS（HSS、PCRF、OCS 连接）
    • 基于证书的认证
    • 通过 ECDHE/DHE 实现完美前向保密（PFS）

  • SIP 隐私头：

    • P-Asserted-Identity（经过认证的来电显示）
    • 隐私头（请求来电显示抑制）
    • 匿名会话支持

访问控制：

  • Web UI 认证和访问控制
  • 控制面板的 BINRPC 接口（端口 2046）
  • 注册访问控制和角色分离
  • SIP 认证（通过 HSS 的 AKA）
  • Diameter 对等认证

审计日志：

  • 全面的 SIP 和 Diameter 消息日志记录
  • 注册/注销事件
  • 呼叫建立和终止事件
  • 通过 Web UI 的管理操作
  • 配置更改
  • 认证成功/失败

1.3.2 数据保护特性​

访问安全：

  • 基于角色的访问控制（RBAC）
  • 只读监控账户
  • 认证和授权控制

系统加固：

  • 最小暴露的网络端口（5060 SIP、3868 Diameter、8086 Web UI）
  • SIP 消息合理性检查
  • Max-Forwards 循环预防
  • 速率限制和防洪保护
  • 消息大小限制
  • 工作进程隔离

1.4 合法拦截集成点​

1.5.1 ETSI 合法拦截架构​

CSCF 系统为符合 ETSI 的合法拦截提供基础。虽然原生 X1/X2/X3 接口并未内置，但所有必要的数据访问点均存在，以便与外部合法拦截中介功能（LIMF）系统集成。

标准 ETSI LI 接口：

X1 接口 - 管理功能：

  • 目的： 来自执法机构的授权和目标提供
  • 方向： LEMF → LIMF（双向）
  • 功能：
    • 为目标（IMPU、IMSI、MSISDN）激活/停用拦截
    • 设置拦截持续时间和有效期
    • 配置过滤标准（身份、时间窗口）
    • 检索拦截状态
  • 与 CSCF 的集成：
    • LIMF 维护授权数据库（目标列表 - 外部于 CSCF）
    • LIMF 监控 CSCF 的实时状态和消息日志，以匹配会话
    • LIMF 根据 X1 提供的标准进行过滤

X2 接口 - IRI（拦截相关信息）交付：

  • 目的： 向执法机构交付会话元数据
  • 方向： LIMF → LEMF（单向）
  • 数据格式： 符合 ETSI TS 102 232 的 XML/ASN.1
  • 来自 CSCF 的内容：
    • 会话标识符（Call-ID、对话标签）
    • 主叫方（From URI、P-Asserted-Identity、IMPU、IMSI、MSISDN）
    • 被叫方（To URI、请求 URI、IMPU、IMSI、MSISDN）
    • 注册时间戳
    • 会话建立/拆除时间戳
    • 网络位置（P-Access-Network-Info、基站、位置区域）
    • P-CSCF/S-CSCF 地址（网络元素识别）
    • 用户代理（设备类型）
    • 漫游信息（P-Visited-Network-ID）

X3 接口 - CC（通信内容）交付：

  • 目的： 交付实际通信内容
  • 方向： LIMF → LEMF（单向）
  • 数据格式： 符合 ETSI TS 102 232
  • 来自 CSCF 的内容：
    • SIP 消息体（SDP 会话描述）
    • 媒体服务器地址（用于 RTP 拦截）
    • 编解码器信息
    • SIP MESSAGE 即时消息（主体内容）
    • 应用数据（如果通过 CSCF 路由）

注意： 对于语音/视频 RTP 流，LIMF 还必须与媒体服务器（OmniTAS）集成，以捕获实际媒体内容。CSCF 提供会话设置信息（SDP），显示媒体流向。

1.5.2 CSCF 数据源用于合法拦截​

1. 注册数据访问：

P-CSCF 注册数据：

  • IMPU（公共身份）
  • 联系 URI（UE 网络地址）
  • 接收的 IP 和端口
  • 路径头
  • 注册过期
  • IPsec SPI 和端口信息
  • 用户代理字符串

S-CSCF 注册数据：

  • 公共身份（IMPU）、禁止状态、注册状态
  • 带有路径头、用户代理、接收地址的联系绑定
  • 私有身份（IMPI）到公共身份的映射
  • 来自 HSS 的用户配置文件（XML 格式，包括用户详细信息）

访问方法：

  • 只读数据访问接口
  • Web UI 监控接口
  • 实时事件日志记录

2. 活动会话数据：

S-CSCF 对话数据：

  • Call-ID（唯一会话标识符）
  • From/To URI 和标签
  • 主叫和被叫的 CSeq 编号
  • 双方的路由集
  • 联系地址
  • 对话状态（早期���确认、已删除）
  • 开始时间戳
  • 超时值

访问方法：

  • 实时对话状态监控
  • 按会话标识符或方标识符查询
  • 法医分析的导出能力

3. SIP 消息日志记录：

日志捕获：

  • 所有 SIP 消息均可记录（REGISTER、INVITE、MESSAGE 等）
  • 可配置的日志级别
  • 带时间戳的结构化日志
  • Syslog 或基于文件的日志记录

日志分析：

  • 解析 SIP 头以提取身份
  • 提取 SDP 以获取媒体信息
  • 跟踪消息序列（CSeq）
  • 关联请求和响应

示例日志条目：

INFO: INVITE sip:+33687654321@ims.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org SIP/2.0
From: <sip:+33612345678@ims.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org>;tag=abc123
To: <sip:+33687654321@ims.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org>
Call-ID: f81d4fae-7dec-11d0-a765-00a0c91e6bf6@ims.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org
P-Asserted-Identity: <sip:+33612345678@ims.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org>
P-Access-Network-Info: 3GPP-E-UTRAN-FDD; utran-cell-id-3gpp=208011234567890
Content-Type: application/sdp

v=0
o=- 1234567890 1234567890 IN IP4 192.168.1.100
s=-
c=IN IP4 10.20.30.40
t=0 0
m=audio 49170 RTP/AVP 0 8
a=rtpmap:0 PCMU/8000
a=rtpmap:8 PCMA/8000

4. Diameter 消息日志记录：

Cx 消息（HSS 通信）：

  • UAR/UAA：用户授权（包含 IMPU、IMPI）
  • LIR/LIA：��置信息（包含 IMPU、服务 S-CSCF）
  • MAR/MAA：认证（包含 IMPI、认证向量）
  • SAR/SAA：服务器分配（包含 IMPU、IMPI、用户配置文件 XML）

可用的 Diameter 数据：

  • IMSI（来自用户配置文件）
  • MSISDN（来自用户配置文件）
  • 相关的 IMPU（每个用户多个身份）
  • 用户配置文件（服务、禁止、漫游状态）

日志示例：

Diameter Cx SAA received from HSS:
User-Name: user@ims.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org
Public-Identity: sip:+33612345678@ims.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org
Server-Name: sip:scscf.ims.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org
Result-Code: 2001 (Success)
User-Data: <XML user profile with IMSI, MSISDN, iFC>

5. 紧急呼叫数据（E-CSCF）：

IMEI 到 MSISDN 映射：

  • P-CSCF 在 UE 使用 IMEI 注册时创建映射
  • 24 小时 TTL（生存时间）
  • 用于紧急回拨
  • 在 P-CSCF 集群节点之间同步

数据保留：

  • IMEI 到 MSISDN 的映射保留 24 小时
  • 可用于紧急回拨关联
  • 通过监控接口访问

紧急呼叫日志：

  • 紧急号码检测（112、911 等）
  • 从联系或 P 头提取 IMEI
  • 位置信息（来自 HELD 或 P-Access-Network-Info）
  • PSAP（公共安全应答点）路由
  • E-CSCF 到紧急 AS 路由

1.5.3 LIMF 的集成能力​

该系统为合法拦��中介功能（LIMF）系统提供多种集成方法：

  1. 注册和会话数据访问：

    • 实时访问注册数据（身份、位置、设备信息）
    • 活动会话监控（呼叫状态、参与者、时间）
    • 历史查询能力

  2. 事件日志记录：

    • SIP 消息日志记录，具有可配置的详细级别
    • Diameter 消息日志记录，用于 HSS 交互
    • 带时间戳的结构化事件日志

  3. 实时监控：

    • 实时注册状态监控
    • 活动呼叫会话跟踪
    • 紧急呼叫检测和路由信息

集成方法支持基于轮询和事件驱动的架构，以便与 LIMF 连接。

1.5.4 CSCF 数据映射到 LI 接口​

CSCF 数据到 IRI（X2）映射：

CSCF 数据源IRI 字段数据示例
IMPU（SIP 头/内存状态）A 方sip:+33612345678@ims.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org
IMPI（SIP 头/内存状态）认证 IDuser@ims.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org
IMSI（HSS 用户配置文件）用户 ID208011234567890
MSISDN（HSS 用户配置文件）电话号码+33612345678
Call-ID（SIP 头/对话状态）会话 IDf81d4fae-7dec-11d0-a765-00a0c91e6bf6@...
From/To（SIP 头）A 方/B 方sip:+33612345678@... / sip:+33687654321@...
注册时间戳（内存���）事件时间2025-11-29T10:30:00Z
P-Access-Network-Info（SIP 头）位置3GPP-E-UTRAN-FDD;utran-cell-id-3gpp=208011234567890
接收的 IP（SIP 联系）UE IP 地址10.20.30.40:5060
P-CSCF 地址（SIP 路由）网络元素10.4.12.165:5060
S-CSCF 地址（SIP 路由）网络元素10.4.11.45:5060

CSCF 数据到 CC（X3）映射：

CSCF 数据源CC 字段数据示例
SIP MESSAGE 主体即时消息内容"你好，你好吗？"
INVITE 中的 SDP媒体会话信息RTP 端点、编解码器
媒体服务器地址RTP 拦截目标10.50.60.70:49170

注意： 对于实际的语音/视频内容（RTP），LIMF 必须与媒体服务器（OmniTAS）协调，以捕获 RTP 流。CSCF 仅提供会话设置信息。

1.5 基于 Web 的监控接口​

该系统包括一个基于 Web 的控制面板，用于实时监控和管理访问：

监控能力：

  • 实时注册状态（活跃用户、位置、设备信息）
  • 活动呼叫会话监控（参与者、呼叫状态、时间）
  • 按身份（IMPU、IMPI、IMSI、MSISDN）搜索和过滤
  • IPsec 隧道状态和容量监控
  • 法医分析的导出能力

安全性：

  • HTTPS/TLS 加密访问
  • 需要认证
  • 所有管理操作的审计日志记录
  • 监控人员的只读访问模式

2. 加密和密码分析能力​

2.1 密码能力概述​

OmniCSCF 实现了多层加密保护，用于信令和用户数据。本节记录了 ANSSI 所要求的所有密码能力。

2.2 IPsec ESP 隧道加密（UE 到 P-CSCF）​

2.2.1 IPsec 协议实现​

支持的 IPsec 模式：

  • ESP（封装安全负载） - IP 协议 50
  • 传输模式（非隧道模式）
  • 保护 UE 和 P-CSCF 之间的 SIP 信令

支持的加密算法：

该系统支持内核 IPsec：

  • AES-CBC（高级加密标准 - 密码块链接）：

    • AES-128-CBC（128 位密钥）
    • AES-192-CBC（192 位密钥）
    • AES-256-CBC（256 位密钥） - 推荐

  • AES-GCM（高级加密标准 - Galois/计数器模式）：

    • AES-128-GCM（128 位密钥，带 AEAD）
    • AES-256-GCM（256 位密钥，带 AEAD） - 推荐

  • 3DES-CBC（三重 DES - 密码块链接）：

    • 168 位有效密钥（已弃用，遗留兼容性）

  • NULL 加密：

    • 无机密性（仅认证）
    • 仅用于调试或特定合规场景

支持的认证算法：

  • HMAC-SHA1（基于哈希的消息认证码 - SHA-1）：

    • 160 位输出
    • 遗留兼容性

  • HMAC-SHA256（HMAC - SHA-256）：

    • 256 位输出
    • 推荐

  • HMAC-SHA384（HMAC - SHA-384）：

    • 384 位输出

  • HMAC-SHA512（HMAC - SHA-512）：

    • 512 位输出

  • HMAC-MD5：

    • 128 位输出
    • 已弃用，仅用于遗留兼容性

密钥派生：

IPsec 密钥（CK - 密码密钥，IK - 完整性密钥）由 IMS AKA 认证派生：

  1. UE 与 S-CSCF/HSS 执行 AKA 认证
  2. HSS 生成 CK（128 位）和 IK（128 位）
  3. S-CSCF 通过内部接口将 CK/IK 传递给 P-CSCF
  4. P-CSCF 使用 CK/IK 与 UE 建立 IPsec 安全关联
  5. CK 用于 ESP 加密
  6. IK 用于 ESP 认证

安全关联参数：

  • 生命周期： 与 SIP 注册过期相关（通常为 599 秒）
  • 重放保护： 启用（防重放窗口）
  • 序列号： 32 位或 64 位（ESN - 扩展序列号）
  • 完美前向保密： 不适用（密钥来自 AKA，而非 Diffie-Hellman）

实现：

P-CSCF 的 IPsec 能力：

  • 与 Linux 内核 IPsec 堆栈（XFRM 框架）接口
  • 通过内核 API 配置安全策略和关联
  • SPI（安全参数索引）分配和管理
  • 保护流量的端口分配

2.2.2 IPsec 配置能力​

密码套件选择：

P-CSCF 可以配置为优先选择特定的密码套件：

优先（强安全性）：

  • ESP 使用 AES-256-GCM 和 HMAC-SHA256
  • ESP 使用 AES-256-CBC 和 HMAC-SHA256

支持（兼容性）：

  • ESP 使用 AES-128-CBC 和 HMAC-SHA1
  • ESP 使用 3DES-CBC 和 HMAC-SHA1（遗留）

密钥管理：

  • 不使用 IKE（互联网密钥交换）
  • 密钥通过 IMS AKA 提供（CK/IK 来自 HSS）
  • 通过内核 XFRM 手动设置安全关联
  • 注册过期时自动拆除 SA

隧道生命周期：

  1. UE 注册 → AKA 认证 → 生成 CK/IK
  2. P-CSCF 从 S-CSCF 接收 CK/IK
  3. P-CSCF 分配 SPI 对（客户端 SPI、服务器 SPI）
  4. P-CSCF 分配端口对（客户端端口、服务器端口）
  5. P-CSCF 使用 CK/IK 配置内核 IPsec SA
  6. P-CSCF 在 200 OK 中将 IPsec 参数发送给 UE（Security-Server 头）
  7. UE 使用相同参数配置 IPsec SA
  8. 所有后续 SIP 流量通过 ESP 隧道流动
  9. 在注册过期或注销时：SA 被删除，资源被释放

2.3 TLS 加密（SIP 和 Diameter）​

2.3.1 SIP 的 TLS（SIPS）​

支持的 TLS 版本：

  • TLS 1.2（RFC 5246） - 支持
  • TLS 1.3（RFC 8446） - 支持（如果内核/库支持）
  • TLS 1.0/1.1 - 已弃用（默认禁用）
  • SSL 2.0/3.0 - 不支持（已知漏洞）

TLS 实现：

该系统使用 OpenSSL 或 LibreSSL：

  • 行业标准的 TLS 库
  • 经过密码学验证的实现
  • 定期安全更新

支持的密码套件：

TLS 1.3（推荐）：

  • TLS_AES_256_GCM_SHA384
  • TLS_AES_128_GCM_SHA256
  • TLS_CHACHA20_POLY1305_SHA256

TLS 1.2（支持）：

  • ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384（完美前向保密）
  • ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256（完美前向保密）
  • ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384（完美前向保密）
  • DHE-RSA-AES256-GCM-SHA384（完美前向保密）
  • DHE-RSA-AES128-GCM-SHA256（完美前向保密）

禁用弱密码：

  • 无 RC4
  • 无 MD5
  • 无 NULL 加密
  • 无 EXPORT 级别的密码
  • 无 DES/3DES（已弃用）

证书支持：

  • X.509 证书（标准格式）
  • RSA 密钥： 最小 2048 位，推荐 4096 位
  • ECDSA 密钥： 支持 P-256、P-384、P-521 曲线
  • 证书链验证
  • CRL（证书撤销列表）检查（可选）
  • OCSP（在线证书状态协议）（可选）

TLS 特性：

  • 完美前向保密（PFS）： 通过 ECDHE/DHE 密钥交换
  • 服务器名称指示（SNI）： 支持
  • TLS 会话恢复： 支持（性能优化）
  • 客户端证书认证： 支持（双向 TLS）

SIP over TLS（SIPS）：

  • 传输：TCP 带 TLS 加密
  • 端口：5061（标准 SIPS 端口）
  • 用于 CSCF 之间的通信（可选）
  • 用于受信网络连接

2.3.2 Diameter 的 TLS​

Diameter 能力：

该系统支持：

  • Diameter over SCTP（优先考虑可靠性）
  • Diameter over TCP with TLS
  • 端口： 3868（标准 Diameter 端口）

用例：

  • Cx 接口： S-CSCF/I-CSCF 到 HSS（用户数据、认证）
  • Rx 接口： P-CSCF 到 PCRF（QoS 策略）
  • Ro 接口： S-CSCF 到 OCS（在线计费 - 如果启用）

Diameter 的 TLS 配置：

与 SIP 相同的密码套件

  • TLS 1.2/1.3
  • ECDHE/DHE 密钥交换（PFS）
  • AES-GCM 加密
  • SHA256/SHA384 认证

基于证书的认证：

  • Diameter 对等通过 TLS 证书进行认证
  • 双向 TLS（客户端和服务器证书）
  • 证书中的 FQDN（完全合格域名）验证
  • 受信 CA 链验证

2.4 认证密码学​

2.4.1 IMS AKA 密码功能​

3GPP AKA 算法（MILENAGE）：

用于生成认证向量（RAND、AUTN、XRES、CK、IK）：

密码功能：

  • f1： 消息认证功能（计算 MAC-A 和 MAC-S）
  • f2： 响应功能（从 RAND 和 K 计算 RES）
  • f3： 密码密钥派生（计算 CK）
  • f4： 完整性密钥派生（计算 IK）
  • f5： 匿名密钥功能（计算 AK 以保护 IMSI 隐私）

密钥材料：

  • K： 128 位永久用户密钥（存储在 ISIM 和 HSS 中）
  • OPc： 操作员变体密钥（从 K 和 OP 派生）
  • RAND： 128 位随机挑战
  • SQN： 48 位序列号（防重放保护）

AKA 序列：

  1. HSS 生成 RAND（���码学随机）
  2. HSS 计算 MAC-A = f1(K, RAND, SQN, AMF)
  3. HSS 计算 AUTN = (SQN ⊕ AK) || AMF || MAC-A
  4. HSS 计算 XRES = f2(K, RAND)
  5. HSS 计算 CK = f3(K, RAND)
  6. HSS 计算 IK = f4(K, RAND)
  7. HSS 将 {RAND, AUTN, XRES, CK, IK} 发送给 S-CSCF
  8. S-CSCF 用 RAND 和 AUTN 向 UE 发起挑战
  9. UE 使用 ISIM 计算 RES = f2(K, RAND)
  10. UE 将 RES 发送给 S-CSCF
  11. S-CSCF 将 RES 与 XRES 进行比较（认证验证）

安全属性：

  • 双向认证： UE 通过 AUTN 验证 HSS，HSS 通过 RES 验证 UE
  • 密钥新鲜性： RAND 是随机的，SQN 防止重放
  • 密钥派生： CK 和 IK 从共享秘密 K 派生

2.4.2 HTTP 摘要认证​

对于非 IMS 认证（如果使用）：

算法： MD5（RFC 2617）

  • 哈希函数： MD5（128 位输出）
  • 挑战-响应： 基于随机数
  • 重放保护： 带时间戳的随机数

注意： 使用 MD5 的 HTTP 摘要被认为是弱的。强烈推荐使用 IMS AKA。

2.5 哈希和完整性​

2.5.1 可用的哈希函数​

该系统可以使用（通过 OpenSSL/内核加密）：

  • SHA-256： 256 位输出，推荐
  • SHA-384： 384 位输出
  • SHA-512： 512 位输出
  • SHA-1： 160 位输出，因安全原因已弃用
  • MD5： 128 位输出，因安全原因已弃���

用途：

  • 用于 IPsec/TLS 的 HMAC 构造
  • 数据完整性验证
  • 随机数生成
  • 重复检测（呼叫 ID 哈希）

2.5.2 消息完整性​

SIP 消息完整性：

  • IPsec ESP： HMAC-SHA256 用于经过认证的 SIP over IPsec
  • TLS： 通过 TLS MAC 进行消息认证
  • SIP 摘要： 认证头完整性

Diameter 消息完整性：

  • TLS： Diameter over TLS 提供消息认证
  • HMAC： Diameter 消息可以包含 HMAC AVP 以确保完整性

2.6 随机数生成​

密码学安全的随机数生成：

该系统依赖于：

  • Linux 内核 /dev/urandom： 密码学安全的 PRNG
  • OpenSSL RAND_bytes()： CSPRNG（密码学安全伪随机数生成器）

用途：

  • SPI 分配（随机起始值）
  • 呼叫 ID 生成
  • 分支参数生成
  • 认证的随机数生成
  • 会话 ID 生成

2.7 密钥管理​

2.7.1 TLS 证书管理​

证书存储：

  • 文件系统存储，权限受限（0600）
  • 位于：/etc/system/tls/
  • 证书和密钥采用 PEM 格式

证书生成：

# 生成 RSA 4096 位私钥
openssl genrsa -out system-key.pem 4096

# 生成 CSR（证书签名请求）
openssl req -new -key system-key.pem -out system.csr \
  -subj "/C=FR/ST=IDF/L=Paris/O=Omnitouch/CN=scscf.ims.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org"

# 自签名证书（开发/测试）
openssl x509 -req -days 365 -in system.csr \
  -signkey system-key.pem -out system-cert.pem

# 生产：将 CSR 提交给受信 CA

证书轮换：

  • 建议每年更新证书
  • 优雅地重启服务以加载新证书
  • 不需要停机

2.7.2 IPsec 密钥管理​

密钥派生：

  • CK（密码密钥）和 IK（完整性密钥）来自 IMS AKA
  • 128 位密钥来自 HSS
  • 通过 Diameter Cx（通过 TLS）安全传递

密钥生命周期：

  • 与 SIP 注册过期相关（通常为 599 秒）
  • 在注册刷新时重新密钥
  • 在注销时自动销毁密钥

密钥存储：

  • 瞬态（仅在活动注册期间内存中）
  • 安装在内核 IPsec 堆栈中
  • 无持久密钥存储
  • 当 SA 被删除时，密钥被丢弃

2.8 密码分析抵抗​

2.8.1 算法选择​

抵御密码分析：

  • 不使用自定义算法： 仅使用行业标准、经过同行评审的算法
  • 强密钥大小： AES-256、RSA-4096、SHA-256
  • 认证加密： AES-GCM（AEAD - 带相关数据的认证加密）
  • 完美前向保密： TLS 中的 ECDHE/DHE
  • 定期更新： 应用 OpenSSL/LibreSSL 安全补丁

禁用已弃用的算法：

  • MD5（哈希冲突）
  • RC4（流密码弱点）
  • DES/3DES（块大小小，密钥长度短）
  • SSL 2.0/3.0（协议漏洞）
  • TLS 1.0/1.1（BEAST、POODLE 攻击）

2.8.2 边信道攻击缓解​

时间攻击抵抗：

  • 对认证响应进行恒定时间比较
  • 在密码操作中无时间泄露（通过 OpenSSL）

内存保护：

  • 内核 IPsec 堆栈隔离
  • 进程内存隔离
  • 对敏感数据不使用交换（如果配置）

2.9 合规性和标准​

密码标准合规性：

  • NIST SP 800-52： TLS 指南
  • NIST SP 800-131A： 密码算法过渡
  • RFC 7525： TLS 推荐
  • ETSI TS 133 203： 3GPP 接入安全（IMS AKA）
  • ETSI TS 133 210： IP 网络层安全（IPsec）
  • 3GPP TS 33.203： IMS 的接入安全
  • 3GPP TS 33.210： 网络域安全

法国密码法规：

  • 无出口限制的密码学（所有标准算法）
  • 标准密码手段（无政府后门）
  • ANSSI 密码产品认证（如有需要）