多中继路径语音安全通信系统研究与实现

摘要

目前 VoIP已经得到了广泛的应用，不过与传统的语音通信相比，其低下的QoS(Quality of Service)和数据安全一直是难以解决的问题。在VoIP网络语音通信中，传统的观念一般认为语音数据是通过默认路由通道到达对端。但是，人们在研究互联网体系结构的时候发现互联网中存在着大量的反三角现象（Triangle Inequality Variation）。该反三角现象认为网络节点之间的默认路由策略往往不是两点之间最优的，而是会存在着中继节点，使得两点经过中继节点转发后的时延低于默认路径的时延。由此，人们开始研究基于P2P技术的应用层覆盖路由技术来改进VoIP语音路由问题。借助于应用层覆盖路由技术，用户可以从应用层覆盖网络上搜寻到合适的P2P中继节点，并利用P2P中继节点生成新的中继路径用以传输语音数据流。这样便可以有效地降低VoIP语音数据传输的时延、丢包率，从而进一步提高其QoS。
　　另一方面，传统的单路径VoIP通信技术存在着较大的安全隐患。网络中的恶意节点能够利用身份欺诈等手段，截获中继路径上节点的通信数据包，进行语音的监听、通信数据的篡改等攻击，从而破坏整个通信网络的安全性。因此，本文研究并提出了一套多中继路径语音安全通信系统，包括多中继路径的生成算法与多路径语音安全传输系统模型，能够在保证语音通信QoS的前提下，有效地保证其安全性。
　　本文主要的工作包括以下几个部分:
　　(1)设计了一种中继节点路由算法，能够快速、高效地生成多条中继路径。该算法依据AS(Autonomous System)自治域信息将所有通信节点划分至不同的集群中，并为每个集群构建一张关系网路由表和一张当前中继节点路由表，前者维护所属集群曾经探测到的高质量的中继节点信息，后者维护所属集群当前可使用的中继节点信息。结合Kademlia算法，通信节点能够从集群路由表中以较低的查找开销完成中继路径的精确搜寻，同时保证中继节点的负载均衡和整个网络的健壮性。OPNET Modeler下的仿真结果表明，该算法具有较低的探测开销与较高的负载均衡。
　　(2)结合多中继路径生成技术，设计了一套多路径语音安全通信系统，包括中继节点的信任度更新与中继路径的安全性评估、多条最优中继路径的选取、会话数据的多路径分流与重组、基于NLMS的自适应语音缓冲接收机制等。该语音安全通信系统能够在保证语音通信QoS的情况下，有效地抵御恶意节点的通话窃听、信令篡改等攻击，进而提高语音会话安全。
　　(3)设计并实现了包括基于windows系统PC端以及Android系统移动端的多路径语音安全通信系统软件，并对该套系统软件进行了测试分析。测试结果表明，设计的多路径语音安全软件系统能够快速搜寻到多个中继节点并生成多条中继路径，最终建立安全、高质量的多中继路径语音通信。

目录

声明

摘要

插图目录

第1章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 中继路径生成技术研究现状

1．2．2 中继节点传输安全研究现状

1．3 本文研究内容

1．4 论文结构安排

第2章 P2P VoIP安全通信技术

2．1 P2P技术介绍

2．1．1 P2P技术的特点

2．1．2 P2P网络架构模型

2．1．3 Kademlia协议介绍

2．2 VoIP中继技术介绍

2．2．1 反三角现象介绍

2．2．2 中继路径生成算法概述

2．2．3 中继路径生成算法分析

2．3 传统VoIP中继传输安全分析

2．3．1 VoIP中继传输安全威胁

2．3．2 中继节点安全防护技术

第3章 中继路径生成算法

3．1 算法模型介绍

3．1．1 算法模型概述

3．1．2 算法模型角色介绍

3．2 算法路由与路径生成机制

3．2．1 路由表介绍

3．2．2 路由表建立与刷新机制

3．2．3 中继路径生成流程

3．3 算法工作流程

3．4 算法仿真

3．4．1 仿真工具介绍

3．4．2 仿真环境搭建

3．4．3 仿真分析

3．5 算法分析

第4章 多中继路径语音安全通信系统模型

4．1 多路径传输方案概述

4．1．1 多路径概述

4．1．2 多路径传输模型概述

4．2 中继路径选择算法

4．2．1 中继路径安全评估

4．2．2 最优中继路径选择方案

4．3 数据的多路径分流

4．4 多路数据缓冲接收机制

4．4．1 语音缓冲接收方案概述

4．4．2 基于NLMS自适应缓冲接收算法的实现

4．5 多路径传输方案综合分析

4．5．1 安全性分析

4．5．2 QoS分析

第5章 多中继路径语音安全通信系统的实现

5．1 软件系统总体说明

5．2 服务端介绍

5．3 客户端软件模块分析及相关代码

5．3．1 用户界面模块

5．3．2 协议栈控制处理模块

5．3．3 网络传输处理模块

5．3．4 语音处理模块

5．3．5 多路径传输处理模块

5．4 客户端软件运行流程

5．5 软件测试与分析

5．5．1 测试环境介绍

5．5．2 服务器功能测试

5．5．3 集群代理功能测试

5．5．4 用户节点功能测试

5．5．5 测试分析

第6章 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 后期工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的发表学术论文和参与项目