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MIKEY在网络实时语音传输中的研究
摘 要：MIKEY作为一种密匙管理协议主要用于网络实时传输安全应用，其中包括端到端
的通话以及组通话。对MIKEY的整体密匙管理过程进行了阐述，并对具体的密匙的生成步
骤进行了详细描述。在MIKEY用于网络实时语音传输中的过程中进行了数据采集，并对数
据进行分析，证明了MIKEY在网络语音传输安全密匙协商过程中实时性方面的优势。
关键词：密匙管理；语音传输；MIKEY；实时
1 引言
近年来，网络实时交流已经应用广泛，比如网络电话、网上课堂、网络会议等等。但是
一个很重要的问题也凸现出来，就是网络数据传输的安全性和实时性。
网络实时语音媒体流传输时，由于其数据量大，而且实时性要求比较高等特点，传统的
安全协议已经不能很好得完成保护实时语音数据的任务，因此需要新的一些协议规则来对媒
体数据进行保护。对于保护实时数据传送的多媒体会话的安全协议方面已经有 SRTP[1]可以
使用，但是，尤其是在异构网中一个安全协议需要一个密匙管理[2]方案去解决交换密匙和其
它相关参数协商的问题。虽然 IETF 之前已经开发了密钥管理方案(ISAKMP[3])，但是由于其
算法复杂，使得传输数据时造成的延时效果比较严重，这样会影响实时数据的传输效果。因
此，需要为一些要求比较苛刻的场景(如实时语音通话数据)制定一种低时延的密钥管理协
议，MIKEY[4]就是一个可以满足这种要求的这样的协议，它具有保证端对端的安全；实现简
单；高效（低带宽消耗、低计算量、低代码量、最小往返次数）；支持隧道(Tunneling)模式；
独立于任何特定的安全功能等特点。
2 MIKEY 协议研究
MIKEY 协议密匙管理过程
MIKEY 的一个主要设计的目的是应用于实时交流的多媒体会话中，而在这种情况下，
多媒体流中通常包括一种或多种安全协议流，MIKEY 支持一个或多个安全协议同时所设置
的密匙和参数。在 MIKEY 的密匙管理过程中，涉及到安全会话集（CSB Crypto Session
Bundle），它是拥有公共的 TGK（TEK Generation Key）和安全参数的安全会话 CS （Crypto
Session），但是每个安全会话所不同的是包含MIKEY所产生的不同的TEK（Traffic-encrypting
key）s。如何建立 CSB 和产生 TEK、Data SA 的过程见图 1。
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1. MIKEY 密钥协商方法中一共有三种方式，它们分别是预置共享密钥(Pre-shared key) 、
公钥加密 (Public-key encryption 和 Diffie-Hellman[5] 密钥交换 (Diffie-Hellman key
exchange)。所以首先是获得 CSB 上统一使用一种密匙协商方式的一组安全参数和 TGK
（s）
2. 使用 TGK（s）为原始输入数据，通过一定算法为每一个 CS 得到一个不同的且唯一的
TEK
3. 把 TEK 与安全参数数据组合起来，成为安全协议的输入，也就是安全会话中所要使用
的安全参数。
MIKEY 协议中密匙生成过程
在 MIKEY 协议中所涉及的密钥[6]主要包括 TGK、TEK、加密密钥 Encr_key 和认证密
钥 Auth_key。TEK、加密密钥 Encr_key 和认证密钥 Auth_key 的生成方法都是通过由一个伪
随机函数 PRF 生成的，所不同的只是初始的标记不同，即当系统分辩出所要处理的密匙是
上面所提及的密匙中的哪一种密匙以后就为它做上不同的标记，以此来为后面获得的密匙进
行分类并履行不同的职责。PRF 伪随机函数的输入参数包括安全会话 csID、安全会话集
csbID、密钥输入值(预知密钥/公钥/DH 密钥)。
假如系统所选用的网络安全协议本身不支持从 TEK 中获得 Encr_key 和 Auth_key，那么
它们就从所选择的安全协议中分别各自获得。在这里，我们所涉及的情况是安全协议支持从
TEK 中获得 Encr_key 和 Auth_key。因此，我们这里所涉及的这三种密匙的生成方法类似，
所以下面仅介绍 TEK 的具体生成过程。程序流程如图 2。
1. 开始，系统获得已经标记好的 TEK。
CSB
Key transport/exchange
TEK
derivationCS ID
TGK
TEK
Crypto Session
(Security Protocol)
Data SA
Security protocol
parameters (policies)
图1 MIKEY密匙管理过程
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2. 以 256bits 分块计算 HMAC 值。定义 P (s, label, m) = HMAC (s, A_1 || label) ||HMAC
(s, A_2 || label) || ...HMAC (s, A_m || label)，其中 s 为密匙，A_0 为标记，A_i = HMAC
(s, A_(i-1)), m = outkey_len（输出密匙长度）/160 的最近整数。
3. 把输入的密匙长度 inkey_len 分为 n 份，n＝inkey_len/256 的最近整数，使得 inkey =
s_1 || ... ||s_n，每份为 256bits。计算 PRF(inkey, label) = P(s_1, label, m) XOR P(s_2,
label, m) XOR ...XOR P(s_n, label, m)。
3 实现与结果分析
标记TEK
以256bits分块计算HMAC值(计算P)
输出值与输出密匙进行异或(计算PRF)
开始
结束
图2 MIKEY密匙生成流程图（TEK）
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由于在多媒体流实时语音传输中，衡量安全协商协议对多媒体语音数据流传输本身的影
响的一个很重要的标准就是对传输实时性的影响，即我们通过加上这种安全协商协议对所用
密匙进行协商以后，对实时传输是否造成很严重的延时效果。因此为了测试 MIKEY 的延时
影响，我们在现有的网络电话系统上进行了实验，通话协议使用的是 minisip，这是由于其
代码开源而且已经内嵌了实时传输安全协议 SRTP 和密匙协商协议 MIKEY。我们在用户终
端的通话的开始（calling）就加入 MIKEY Initiator（发送），当通话建立（ACK）起来（answering）
时即可收到 MIKEY Responder（回复），我们就在 calling 阶段和 answering 阶段分别进行了
数据采集和记录，并把数据记录与未加 MIKEY 协议的延时数据记录进行比较，统计结果如
图 3（其中由于 MIKEY 一共有三种密码协商方式（PSK、PKE、DHK），所以对三种方式分
别进行了测试和记录）。
根据国际电信联盟(ITU)的建议，端到端的语音流的传输时延不应当超过 100 毫秒。从
实验结果可以看到使用了 MIKEY 密匙管理协议以后，虽然语音流的传输的时延增加了，但
是还是在我们使用者的允许范围之内，并且我们可以看出算法越复杂的密匙管理方式其造成
的时延效果也越严重。所以 MIKEY 可以在实时性语音传输的网络环境中达到节省时延和安
全参数协商的目的。由于我们在这里只是想强调 MIKEY 在实时性传输方面的优势，所以只
在对数据传输的延时性效果上进行了研究和分析。
4 结束语
对于网络实时数据传输的情况下，比如语音传输，虽然一些传统的解决方案也能达到保
护语音数据安全的目的，但是这些方案都有算法复杂，计算量大，难于实现和分析，并且和
其它协议的互操作性也很差，协商过程中不容易集成在其它协议报中的不足。相较之而言，
MIKEY 就有了更多的优势。
本文对 MIKEY 协议的密匙管理过程和密匙生成过程进行了具体和详细的描述。并对其
在网络环境中对语音数据传输的时延效果做了测试和数据分析，可以看出 MIKEY 对实时语
音传输的要求可以满足，同时对安全攻击、鉴权认证、数据机密性、不可抵赖性等安全保护
范围内可以进行数据保护。
图3 延时统计
延
时
时
间/
m
s
Calling阶段
10
20
30
40
50
无
PSK
PKE
DHK
0
延
时
时
间/
m
s
Answering阶段
10
20
30
40
50
无 PSK
PKE
DHK
0
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MIKEY 可以为现有的网络通话做很好的安全协议的协商工作，比如基于 SIP 协议的网
络电话（VoIP），它的应用前景和范围是非常广泛的，对 MIKEY 的研究也是应现代网络发
展需求。
参考文献
[1] 等,The Secure Real-time Transport Protocol(SRTP) [S],IETF RFC 3711,March 2004.
[2] 等，Internet Security Association and Key Management Protocol[S]，RFC 2408 Internet
Engineering Task Force, January 1999.
[3] D. Maughan 等，Internet Security Association and Key Management Protocol (ISAKMP) [S]，IETF RFC 2408,
November 1998
[4] 等,MIKEY:Multimedia Internet KEYing[S],IETF RFC 3830,August 2004.
[5]Steffen Fries,HMAC-authenticated Diffie-Hellman for MIKEY, [S],
IETF-58,Minneapolis 2003.
[6] William Stallings，密码编码学与网络安全:原理与实践(第二版)[M]，电子工业出版社，2001 年.
Research of MIKEY in Voice Real-Time Transport on
Internet
Yi Fei Sheng Huixing Fang Zhiyuan Liu Qiang
College of Computer & Information Engineering, Hohai Univ. Changzhou （213022）
Abstract
This document describes a key management scheme（MIKEY）that can be used for real-time
applications on Internet (both for peer-to-peer communication and group communication)， overviews
of MIKEY key management procedure and describes key calculation。Gathering and analyzing the data
of experiment that MIKEY is used in real-time transport of voice，and the result of the experiment has
proved that MIKEY has superiority on real-time of voice transport on internet during the process of key
management。
Keywords: key management; voice transport; Multimedia Internet KEYing; real-time
作者简介：易斐，女，1982 年生，硕士研究生，主要研究方向是智能信息系统。
