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1. 相关参数介绍... 1
1.1 SRTP. 1
1.1.1 两种Key. 1
1.1.2 与传输无关的参数... 1
1.1.3 SRTP流相关参数... 2
1.2 SRTCP. 2
1.3 关于加密上下文的标识... 2
2. 数据包处理过程... 2
2.1 SRTP数据包的处理... 2
2.1.1 发送端... 3
2.1.2 接收端... 3
2.2 SRTCP数据包的处理... 4
2.2.1 RTCP数据包类型... 4
2.2.2 RTCP数据包的传输限制... 4
2.3. 4
3. 其它... 4
3.1 关于加密算法标识... 4
3.2 密钥产生过程... 5
3.3 RTP协议... 5
3.3.1 RTP数据包格式... 5
3.3.2 RTCP数据包格式... 6
3.3.3 RTS会话建立过程... 8
参考文献... 8
1. 相关参数介绍
1.1 SRTP
1.1.1 两种Key
SRTP协议中定义了两种类型的key,分别为master key和session key。
Master key为一个随机位串,根据这个随机位串来生成相应的session key。
Session key指在加密传输中使用的key。其中,master key以及加密上下文中的其它参数都由密钥管理机制提供。
1.1.2 与传输无关的参数
1) ROC (Rollover Counter)
记录16位的RTP序列号重置(当序列号超过65535时将进行归零重置)的次数。根据ROC来产生SRTP数据包索引index。
index = 2^16 * ROC + SEQ
其中SEQ为RTP数据包序列号,从数据包中获取。
2) 仅对接收端:序列号s_l (16位)
可以认为是接收端接收到的RTP数据包序列号的最大值。
3) 加密算法标识
包括ciper,操作模式(Counter模式和f8模式)等。
4) 针对消息加密的:加密算法标识
5) 仅接收端:重播列表
当接受端提供认证和重播保护时,接收端会创建重播列表,其中包含最近接收和认证过的SRTP数据包索引。
6) MKI(Master Key Identifier)标识(0/1)
指示SRTP、SRTCP数据包中是否有MKI字段。
7) 当MKI设为1时:MKI字段的长度
8) Master key
必须是随机的,保密的。
9) 使用某个master key处理(发送)过的SRTP数据包的个数
10) 非负整数n_e和n_a
用来决定用于加密的session key的长度。
1.1.3 SRTP流相关参数
针对每个master key,SRTP数据流使用的参数有:
1) master salt
必须是随机的,并且公开的。从master key产生session key的过程中使用。
2) key_derivation_rate
产生session的速率,必须是{1,2,4,……2^24}中的一个,必须为2的幂数。
3) MKI值
4) <From,to> —— 用来指示master key的生命周期
From,To分别为两个48位的时间值,在From和To之间的时间段内master key有效。
注意:<From, To>参数对于MKI是可选的,在默认情况下,一个master key对应一个SRTP session key,session key必须定义<From, To>参数,master key的默认有效期即为session key的<From, To>。
5)
1.2 SRTCP
SRTCP默认情况下使用与SRTP相同的加密上下文,但是下面几个方面同:
1) SRTCP没有ROC参数和s_l
由于SRTCP索引被直接包含在SRTCP数据包中,因此SRTCP不需要维护ROC和s_l值。
2) SRTCP独立维护一个重播列表。
3) 虽然SRTCP与SRTP使用相同的master key(session key不同),但是SRTCP对master key进行独立计数。根据这个计数值,获取使用该master key处理过的SRTCP数据包的数量。
1.3 关于加密上下文的标识
不同的加密上下文之间使用一个三元组唯一标识,这个三元组成为context id:
Context id = <SSRC, 目的ip地址,目的端口>
其中目的ip地址和端口从SRTP数据包获取。
注意:如果不能找到某个加密上下文标识符对应的数据包的加密上下文,数据包必须丢弃。
2. 数据包处理过程
2.1 SRTP数据包的处理
假设加密上下文已经通过密钥管理机制初始化,则
2.1.1 发送端
对于SRTP发送端
1) 确定加密上下文
2) 根据ROC、加密上下文中的最高序列号以及RTP数据包中的序列号,确定SRTP数据包索引。
Index = 2^16 * ROC + SEQ
其中,SEQ为RTP数据包序列号。
3) 根据步骤(2)中确定的SRTP索引,确定master key和master salt
4) 使用master key、master salt、key_derivatio_rate以及session key-length确定session key和session salt。
5) 使用加密上下文中指定的加密算法、session key和session salt,对RTP payload进行加密,作为数据包中的Encrypted Portion。
6) 如果MKI标志为1,则加入MKI字段。
7) 对于消息加密,使用当前的ROC、加密上下文中指定的加密算法以及session key,计算认证Tag以填充数据包的Authenticated Portion字段。
8) 根据需要,更新ROC和数据包索引。
2.1.2 接收端
认证、解密一个SRTP数据包,接收端的处理过程为:
1) 确定加密上下文
2) 根据下式获取SRTP数据包索引。
Index = 2^16 * v + SEQ
其中,SEQ为RTP数据包序列号,v从集合{ROC-1,ROC,ROC+1}(%2^32)中选取。
3) 确定master key和master salt。如果MKI标志为1,则使用NKI确定master key和master salt。否则,使用步骤(2)中确定的SRTP索引。
4) 根据master key、master salt、key_derivation_rate和session key-length确定session key和session salt。
5) 对于消息加密和重播保护,首先使用重播列表和步骤(2)确定的索引,检查数据包是否被重播,如果判断数据包被重播过,则丢弃数据包,记录log事件。
接着,使用步骤(2)的ROC、加密上下文中的加密算法以及步骤(4)获取的session key,执行认证Tag的验证。如果结果为FAILURE,丢弃数据包,记录log时间。
6) 使用加密上下文中指定的解密算法、步骤(4)中获取的session key和session salt,以及步骤(2)获取的索引,解密数据包的Encrypted Portion字段。
7) 根据步骤(2)获取的SRTP索引值,更新ROC、数据包的最大序列号、加密上下文中的s_l值。如果提供了重播保护功能,还要更新重播列表。
8) 充数据包中删除MKI和认证Tag字段。
2.2 SRTCP数据包的处理
2.2.1 RTCP数据包类型
RTCP主要有下面5种控制数据包:
SR (Sender Report):用来传输和接收来自活跃发送端的统计信息。
RR (Receiver Report):用来从非活跃发送端接收统计信息,同时,与SR配合完成活跃发送端报告。
SDES (Source Description Items):源描述项
BYE:参与者终止指示
APP:应用指明功能。
2.2.2 RTCP数据包的传输限制
为了完成RTCP对RTP的管理控制功能,RTCP数据包的传输必须满足一下条件:
w 在SR或RR数据包中的接收端统计信息,在带宽限制范围内必须必须尽量频繁地发送,以便使获取的统计信息最大化。
w 新加入的接收者需要尽快接收源端的CNAME,以便识别源,并开始关联媒体。因此,每个RTCP复合包必须包括SDES CNAME。
w 为了减少RTCP包验证成功的概率,在复合包中第一个packet type值必须尽量少。
所有的RTCP数据包必须以复合数据包的形式发送,至少包含两个单独的RTCP数据包,一般情况下建议格式为:
1) 加密前缀:只有在复合包需要加密时,才需要加密前缀。
2) SR或RR:在复合包中的第一个RTCP数据包必须为状态报告包,以便进行报头校验。
3) 关于额外的RR:如果接收统计信息对应的源端超过31,则需要在初始的报告数据包后添加额外的RR包。
4) SDES:在复合包中必须包括一个包含CNAME项的SDES包。其它的SDES根据应用的需要为可选项。
5) BYE或APP:其它RTCP数据包(包括未定义的)可以以任何顺序添加入复合包。但是BYE必须放在复合包的最后,且包含要终止的流的SSRC/CSRC值。
2.3
3. 其它
3.1 关于加密算法标识
在标准中,默认的加密算法为AES(Advanced Encryption Standard),并且定义了两种运行模式,分别为:
1) Counter模式
2) F8模式
实际上,还有另外一种加密算法,即NULL。当cipher设置为NULL时,表示RTP/RTCP无隐私,密钥流为“000…0”,加密过程为简单的将输入复制到输出,即不加密。
3.2 密钥产生过程
无论是使用加密传输还是消息认证传输,SRTP必须通过密钥生成器来产生session key。
图3-1 SRTP密钥产生过程
在SRTP传输过程中,至少有一个初始的密钥产生。接下来需要密钥的应用可以根据加密上下文中指定的密钥生成速率key_derivation_rate产生。在会话开始,密钥生成速率一旦被指定,使用SRTP密钥生成器的实体之间就不需要进行通信了。
不同的密钥的产生由一个8位的<label>字段来区分。
令
r = index/key_derivation_rate;
key_id = <label> || r;
x = key_id XOR master salt;
然后,n位的密钥key通过以下的函数产生:
Key = PRF (key_id, x);
其中,<label>根据产生密钥类型的不同而不同,具体为:
- k_e (SRTP encryption) : <label> = 0x00, n = n_e.
- k_a (SRTP message authentication) : <label> = 0x01, n = n_a.
- k_s (SRTP salting key) : <label> = 0x02, n = n_s.
对于SRTCP密钥的产生来说,过程与SRTP相同,区别在于使用的<label>不同,针对SRTCP,<label>分别为:
<label> = 0x03 for the SRTCP encryption key
<label> = 0x04 for the SRTCP authentication key
<label> = 0x05 for the SRTCP salting key.
3.3 RTP协议
3.3.1 RTP数据包格式
一个协议的封装是为了满足协议的功能需求的。
图 3-2 RTP的头部格式
版本号(V):2比特,用来标志使用的RTP版本。
填充位(P):1比特,如果该位置位,则该RTP包的尾部就包含附加的填充字节。
扩展位(X):1比特,如果该位置位的话,RTP固定头部后面就跟有一个扩展头部。
CSRC计数器(CC):4比特,含有固定头部后面跟着的CSRC的数目。
标记位(M):1比特,该位的解释由配置文档(Profile)来承担.
载荷类型(PT):7比特,标识了RTP载荷的类型。
序列号(SN):16比特,发送方在每发送完一个RTP包后就将该域的值增加1,接收方可以由该域检测包的丢失及恢复包序列。序列号的初始值是随机的。
时间戳:32比特,记录了该包中数据的第一个字节的采样时刻。在一次会话开始时,时间戳初始化成一个初始值。即使在没有信号发送时,时间戳的数值也要随时间而不断地增加(时间在流逝嘛)。时间戳是去除抖动和实现同步不可缺少的。
同步源标识符(SSRC):32比特,同步源就是指RTP包流的来源。在同一个RTP会话中不能有两个相同的SSRC值。该标识符是随机选取的 RFC1889推荐了MD5随机算法。
贡献源列表(CSRC List):0~15项,每项32比特,用来标志对一个RTP混合器产生的新包有贡献的所有RTP包的源。由混合器将这些有贡献的SSRC标识符插入表中。SSRC标识符都被列出来,以便接收端能正确指出交谈双方的身份。
3.3.2 RTCP数据包格式
RTP需要RTCP为其服务质量提供保证,因此下面介绍一下RTCP的相关知识。
RTCP的主要功能是:服务质量的监视与反馈、媒体间的同步,以及多播组中成员的标识。在RTP会话期 间,各参与者周期性地传送RTCP包。RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料,因此,各参与者可以利用这些信息动态地改变传输速率,甚至改变有效载荷类型。RTP和RTCP配合使用,它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化,因而特别适合传送网上的实时数据。
RTCP也是用UDP来传送的,但RTCP封装的仅仅是一些控制信息,因而分组很短,所以可以将多个RTCP分组封装在一个UDP包中。RTCP有如下五种分组类型。
类型 | 缩写表示 | 用途 |
200 | SR(Sender Report) | 发送端报告 |
201 | RR(Receiver Report) | 接收端报告 |
202 | SDES(Source Description Items) | 源点描述 |
203 | BYE | 结束传输 |
204 | APP | 特定应用 |
表 3-1 RTCP的5种分组类型
上述五种分组的封装大同小异,下面只讲述SR类型,而其它类型请参考RFC3550。
发送端报告分组SR(Sender Report)用来使发送端以多播方式向所有接收端报告发送情况。SR分组的主要内容有:相应的RTP流的SSRC,RTP流中最新产生的RTP分组的时间戳和NTP,RTP流包含的分组数,RTP流包含的字节数。SR包的封装如图3-3所示。
图 3-3 RTCP头部的格式
版本(V):同RTP包头域。
填充(P):同RTP包头域。
接收报告计数器(RC):5比特,该SR包中的接收报告块的数目,可以为零。
包类型(PT):8比特,SR包是200。
长度域(Length):16比特,其中存放的是该SR包以32比特为单位的总长度减一。
同步源(SSRC):SR包发送者的同步源标识符。与对应RTP包中的SSRC一样。
NTP Timestamp(Network time protocol)SR包发送时的绝对时间值。NTP的作用是同步不同的RTP媒体流。
RTP Timestamp:与NTP时间戳对应,与RTP数据包中的RTP时间戳具有相同的单位和随机初始值。
Sender’s packet count:从开始发送包到产生这个SR包这段时间里,发送者发送的RTP数据包的总数. SSRC改变时,这个域清零。
Sender`s octet count:从开始发送包到产生这个SR包这段时间里,发送者发送的净荷数据的总字节数(不包括头部和填充)。发送者改变其SSRC时,这个域要清零。
同步源n的SSRC标识符:该报告块中包含的是从该源接收到的包的统计信息。
丢失率(Fraction Lost):表明从上一个SR或RR包发出以来从同步源n(SSRC_n)来的RTP数据包的丢失率。
累计的包丢失数目:从开始接收到SSRC_n的包到发送SR,从SSRC_n传过来的RTP数据包的丢失总数。
收到的扩展最大序列号:从SSRC_n收到的RTP数据包中最大的序列号,
接收抖动(Interarrival jitter):RTP数据包接受时间的统计方差估计
上次SR时间戳(Last SR,LSR):取最近从SSRC_n收到的SR包中的NTP时间戳的中间32比特。如果目前还没收到SR包,则该域清零。
上次SR以来的延时(Delay since last SR,DLSR):上次从SSRC_n收到SR包到发送本报告的延时。
3.3.3 RTS会话建立过程
当应用程序建立一个RTP会话时,应用程序将确定一对目的传输地址。目的传输地址由一个网络地址和一对端口组成,有两个端口:一个给RTP包,一个给RTCP包,使得RTP/RTCP数据能够正确发送。RTP数据发向偶数的UDP端口,而对应的控制信号RTCP数据发向相邻的奇数UDP端口(偶数的UDP端口+1),这样就构成一个UDP端口对。 RTP的发送过程如下,接收过程则相反。
1) RTP协议从上层接收流媒体信息码流(如H.263),封装成RTP数据包;RTCP从上层接收控制信息,封装成RTCP控制包。
2) RTP将RTP 数据包发往UDP端口对应的偶数端口;RTCP将RTCP控制包发往UDP端口对应的接收端口。
参考文献
[1] RFC 3550 RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications
[2] RFC 3771 The Secure Real-time Transport Protocol (SRTP)
(Moakap )