胡海龙 谭冠军 朱艳
中兴通讯股份有限公司，陕西 西安，710114
摘要：VoLTE在电信业是一种语音业务目标的解决方案，但现阶段VoLTE语音的安全防护还存在一定问题，需要不断探索最佳的防护方案。本文介绍了VoLTE技术的通信原理，具体分析了VoLTE语音通信安全上存在的不足之处，最后为满足特殊用户群体对语音安全的要求，尝试提出了VoLTE语音安全通信的实践方案。
关键词：VoLTE；IMS；安全通信
引言：VoLTE是一种全IP语音业务，在电信业固定的网络状态下完成IMS部署，将IMS与核心网进行连接后，用户通信的体验感可得到显著提升。现阶段，电信运营商虽然能够为用户提供高质量的VoLTE设施，但无法满足公安和金融行业对于语音安全性的要求。因此综合来看，基于移动终端的VoLTE语音安全通信建设仍处于探索的阶段。
一、VoLTE技术原理
一个完整的VoLTE系统架构可以接入不同模式的终端，LTE终端能够和电路域实现互通，LTE网络可以保持和2G、3G保持连续性通话等，有大量的网元，技术操作较为复杂。LTE终端之间进行VoLTE通话终极场景的通信原理如下。
终极应用场景下只包括分组域的网元，架构上包括了核心层、业务平台层、接入层、运营支撑层和终端层。在终端层的位置与TCP协议连接，上层核心的协议内容是SIP协议来控制呼叫。RTP协议主要负责接收媒体数据。其通话的流程为：VoLTE终端在开机后主动与eNodeB建立起无线连接，然后向移动管理实体发送附着的消息内容，向归属用户服务器发送鉴权的信息，然后就可以获得IMS会话的网元地址，给SIP搭建一个专门承载的通道，然后终端能够完成SIP注册。在发起语音呼叫时，要先与SIP的信令交互，预留QoS资源，然后和eNodeB建立媒体使用的专用承载通道，这样就能完成媒体之间的通信[1]。等挂机后SIP将预留的全部资源进行释放。
二、VoLTE语音通信安全性
（一）多维度分析安全性
运营商要从系统安全的角度出发来管控网络，多数运营商已经完成网鉴权、空口保护、双向认证等技术手段，并做好了网络安全防护，但目前VoLTE中较为关键的SIP和RTP两种协议没有可靠的安全性，因为窃听者保持隐蔽的监听模式，所以用户不会立刻察觉。
1.协议栈层次角度分析
VoLTE涉及到的异构网络能够在IP层完成互通，即使在IP层的下面，运营商的网络部分具备一定安全防护能力，例如在LTE协议栈上用户面PDCP之间的协议设有密码，起到了保护作用。SIP和RTP是应用层之间的协议，进行VoLTE通信的过程中，要经过运营商会话边界设置的控制器，其中SBC是IMS用户域、边界网关的设备，能够转换网络地址，给SIP 信令和RTP媒体流提供相应的代理转换服务和控制等网关功能。因此，如果借助网络层或者链路层之间的保护，就无法完成端与端之间的语音保密。
2.数据传输路径角度分析
现阶段UE设备中的Modem芯片可以进行RTP的封装解封和收发工作，但只能在Modem芯片和codec芯片之间完成截获语音数据，上文中提出LTE协议栈设有密码进行保护，因此eNodeB和UE之间的通信段具有一定的安全性，但语音数据包在其他节点之间的传输没有相应的安全保护措施。
（二）语音安全解决方案
在解决语音安全问题上不仅要满足网络的适应性，还要确保VoLTE数据的机密性、完整性等，为满足以上多种性能，需要保证层端到层端完成语音信源级单层保密。这也是现阶段多数运营商使用的方法，并且需要运营商、终端厂商等多方面的技术支持。做好定制改造需要你解决以下几个问题。
1.如何标识明密通话
移动终端需要使用定制的拨号软件，主叫用户能够选择通话的类型。进行密通时候，主要应用的是SIP协议拓展功能，开启附加的预置条件能够显示出主叫和被叫之间将进行密通。
应用这种密通技术需要事先核实Modem芯片能否支持SIP的拓展字段，因为在移动终端上Modem芯片已经实现SIP协议栈功能。IMS中的CSCF网元能够自动识别处理SIP扩展字段。让该主机在SIP 信令交互的过程中就明确通话的模式。
2.如何完成密钥协商
通常有两种方式能够进行密钥协商，一种需要利用SIP 的协议做拓展的机制。通过信令交互过程来完成密分的功能，这种现象也称作为带外协商。采用这种方式需要将安全厂商制定的密钥发动到各设备中的IMS核心网上，让其能够和CSCF协同进行，与增加应用服务器一样，都需要与运营商来制定SIP扩展定义，在IMS业务触发规则后，才能在信令交互中分发完SIP密钥。这种方式能够体现出安全厂商和运营商之间形成耦合关系，给工作带来较大的阻力，并且有很大阻力，进行调试验证也需要花费大量的工作。第二种是直接在RTP的业务通信的过程中用RTP来承包协议，这种方式也称之为内带协商。采用这种方法和运营商之间的耦合力度较低，不需要密封设备。若由终端之间进行内部协商，则会有一定的延迟的时间，降低通话的质量。
三、VoLTE语音安全通信方案
（一）系统构架和组成
根据文章的上述解决方案VoLTE语音能够满足普通用户的安全需要求，在公安、金融等特殊行业上对通信系统的互通性、安全等级、终端管控有着明确的要求。
运营商平面可以提供VoLTE通信使用的基础设施，能够保证电信级使用的使用能力和业务之间的互通性，并且能够根据用户的号码限制其业务的范围。
安全厂商平面可以提供TF安全卡和网络基础设施，当TF 卡插入终端并绑定相应的移动端APP时，安全管理中心网向运营商申请的APN可以作为接入方式进入运营商的数据网络中，安全管理中心能够提供离线模式下TF安全卡的初装、维修等服务，并且还能满足检测TF安全卡状态、进行号码绑定、卡资源管理等功能需求。
终端厂商平面可以提供VoLTE终端定制服务，能将定制的终端作为TF 安全卡的宿主设备，再基于定制好的拨号APP进行普通通话，同时也可以选择密通模式，提高用户通话的安全性。在配套的TF安全卡管理APP中，能够识别本地敏感资源，并对其进行管理，在LTE提供的数据通道下对TF安全卡实施在线管理。
（二）主要安全保障机制
从网络安全的角度出发，安全厂商要先确定在线安全管理相关协议，确保合法的TF 安全卡能够顺利与安全管理中心通信。安全卡需要采用周期性的在线认证和本地启动认证相结合的模式，可以一直保持工作状态，这样能够避免出现终端数据通道不能使用的情况。安全厂商还需要制定有关业务通信的协议，其中包括证书的协商协议，并确定使用RTP进行承载，以此实现端与端之间的信源保护，防止出现网络监听和通话泄密等情况[2]。
从终端安全的角度出发，终端本身和TF 安全卡容易出现丢失的情况，所以会受到恶意软件的攻击，这些问题也需要合理的解决。
从TF 安全卡方面出发，安全厂商要按照规定制作专用的SDIO访问协议，给主机提供符合标准的API，确保主机能完成定期的升级，但需要注意的是不能随意改动TF安全卡，只需要做好APP的升级和适配工作。TF安全卡能产生密钥、储存密钥等，能够依据不同的使用领域匹配不同的算法，但需要保证在VoLTE语音密通的过程中，不能将密钥拔出卡，防止宿主机恶意截获密文。
从定制终端安全方面出发，因为商用手机的硬件无法进行裁剪，只能通过安全系统操作，在开机异常的情况下存在一定安全隐患。为此，可以在VoLTE语音通信的过程中，表现出明密的结果或语音保护功能等。
总结：综上所述，目前电信业正在发生变革，随着物联网时代的到来以及5G网络的持续普及，商用移动终端也会加快更新支持5G网的使用。但即便发展到5G时代，移动终端仍然会支持VoLTE语音通信，并持续为用户提供高品质的通信安全防护。
参考文献：
[1]郑杰生,温柏坚,吴广财.移动网络环境下实现电力移动终端的安全通信[J].信息技术,2019,43(04):57-61.
[2]陈洋,陈浩,姜鹏博.移动终端VoLTE语音安全通信方案研究[J].通信技术,2019,52(04):956-961.
作者简介：姓名：胡海龙（1984.05--）；性别：男，民族：汉 籍贯：陕西省西安市，学历：本科；现有职称：中级工程师；研究方向：互联网技术。