УДК 004.057.4

Обзор протоколов для организации видеоконференцсвязи

Белошицкий Р.Е., Чернышова А.В.

ФГБОУ ВО «Донецкий национальный технический университет» (г. Донецк)

e-mail: prodigyblokade@mail.ru, chernyshova.alla@rambler.ru

Белошицкий Р.Е., Чернышова А.В. Обзор протоколов для организации видеоконференцсвязи. В данной статье выполнен обзор протоколов для видеоконференцсвязи. Рассмотрены протоколы H.323, протокол SIP, стек протоколов WebRTC. Выполнен анализ протоколов с точки зрения алгоритмов безопасности, популярности.

Ключевые слова: видеоконференцсвязь, протокол, H.323, SIP, WebRTC, аутентификация, шифрование, защита от атак.

Постановка проблемы

Видеоконференцсвязь является одной из современных технологий в области коммуникации людей в современном мире, позволяющая перевести удаленное общение на качественно новый уровень, при котором достигается эффект присутствия. Видеоконференцсвязь применяется в многих сферах нашей жизни, таких как бизнес и госучреждения, телемедицина, образование, а также в собеседованиях при приёме на работу.

Передача звука и изображения возможна при использовании периферийного оборудования и специальных программных решений, а средой передачи данных может быть корпоративная сеть или интернет. Для связи между ПО и оборудованием разных производителей используют стандартные протоколы передачи данных. Сжатие и воспроизведение звука и картинки происходит за счет аудио и видеокодеков [1].

Очень часто люди при использовании видеоконференцсвязи сталкиваются с проблемой утечки персональных данных, а также сведений, имеющих характер коммерческой тайны.

Поэтому тема исследования существующих протоколов видеоконференцсвязи и их безопасность весьма актуальна. На сегодняшний день существует множество протоколов видеоконференцсвязи, использующих различные алгоритмы безопасности.

Чтобы говорить о недостатках существующих решений в области защиты данных в протоколах видеоконференцсвязи, а также повышении эффективности имеющихся средств защиты для организации видеоконференцсвязи, необходимо провести обзор имеющихся средств для реализации видеоконференцсвязи -- существующие протоколы и их алгоритмы защиты передаваемых данных. Проведем обзор и выполним сравнительный анализ протоколов с точки зрения имеющихся средств защиты информации.

Обзор протоколов для реализации видеоконференцсвязи Протокол H.323

H.323 больше можно назвать стеком протоколов, ведь для передачи аудио и видео используются стеки G.xxx\RDP\UDP\IP и H.xx\RDP\UDP\IP, и возможностью этих стеков является передача аудио и видео через сеть с коммутацией пакетов.

Протокол H.255 RAS (Registration, Admission, Status) -- необходим для взаимодействия терминалов и привратника.

Для управления информационными медиа каналами необходим протокол H.245. Он согласовывает возможности терминала и контролирует логические каналы.

Звонок и завершение звонка через IP сеть возможны, используя средства протокола H.255.0.

В основу архитектуры H.323 входит клиент-серверная модель и она включает в себя такие компоненты, как терминал (основное устройство передачи видео и аудио данных), шлюз (если требуется сопряжение сети H.323 с сетью иного типа), привратник (осуществляет регистрацию в сети терминалов, передачу адресов, аутентификацию пользователей), а также устройство управления конференциями (сервер, с помощью которого можно организовывать конференции между тремя и более терминалами) [2].

Как видно, возможно вариативное применение всех перечисленных устройств, кроме терминалов. Таким образом, простейшим вариантом реализации сети H.323 могут являться два подключенных терминала, поддерживающих необходимый стек протоколов.

На рисунках 1 и 2 изображена архитектура протокола H.323 и сценарий установки соединения на основе протокола H.323.

Рисунок 1 - Архитектура протокола H.323

Рисунок 2 - Сценарий установки соединения на основе протокола H.323 [2]

Для обеспечения защиты данных в протоколе H.323 используются следующие алгоритмы безопасности:

1. Аутентификация: H.323 поддерживает различные методы аутентификации, включая парольную аутентификацию, аутентификацию с использованием сертификатов и аутентификацию с помощью SIP-сообщений.

2. Шифрование: H.323 поддерживает использование шифрования для защиты конфиденциальности данных, передаваемых по протоколу. Для шифрования данных могут использоваться различные алгоритмы, такие как AES (Advanced Encryption Standard) или DES (Data Encryption Standard).

3. Защита от атак: H.323 имеет механизмы, позволяющие защититься от различных атак, таких как отказ в обслуживании (DoS), подделки пакетов и межсетевого проникновения. Для этого используются различные механизмы, такие как контроль доступа и анализ трафика.

4. Интеграция с другими протоколами безопасности: H.323 может быть интегрирован с другими протоколами безопасности, такими как IPsec (Internet Protocol Security), для обеспечения большей безопасности коммуникации.

5. Механизмы безопасности для медиа-потоков: H.323 поддерживает механизмы безопасности для защиты аудио- и видеопотоков, например, шифрование медиа-потоков или контроль доступа к потокам.

Протокол SIP

SIP-это протокол, использующийся для установления сеанса и передачи данных, который описывает методы начала и конца абонентского интернет-сеанса. Он включает в себя обмен данными медиа характера.

SIP является протоколом и работает на прикладном уровень модели OSI, описывает возможности и правила работы сессий для обмена медиа информацией, такой как: видео, звук, голос графика и др. Протокол SIP применяется в основном в офисной IP-телефонии, но также подходит для организации видео и аудио-конференциях, используется в онлайн играх и других сервисах.

Протокол SIP в своей архитектуре имеет клиент-серверную модель. Основными компонентами можно назвать абонентский терминал (устройство, с помощью которого абонент устанавливает и завершает звонок), прокси-сервер (устройство, которое принимает и обрабатывает запросы от абонентских терминалов, и выполняет действия, описанные в запросах), а также сервер переадресации (устройство, которое хранит текущее местоположение всех терминалов и прокси-серверов, которые находятся в сети в данный момент).

Протокол SIP предусматривает 6 типов информационных запросов для совершения вызовов. Такими запросами являются: INVITE (для начала вызова от одного терминала к другому), ASK (отправляется, когда соединение адресатом было установлено), Cancel (отменяет передачу неактуальных запросов, которые были отправлены раньше), BYE (завершение соединения), Register (запрос местоположения пользователя), OPTIONS (запрос информации о функционале терминала) [3].

На рисунке 3 представлен сигнальный обмен по протоколу SIP.

Рисунок 3 - Сигнальный обмен по протоколу SIP[3]

Чтобы обеспечить безопасность при использовании протокола SIP, применяются следующие алгоритмы и механизмы безопасности:

1. Шифрование данных: SIP может использовать различные алгоритмы шифрования, такие как Transport Layer Security (TLS) и Secure Real-time Transport Protocol (SRTP), для защиты конфиденциальности и целостности данных, передаваемых по протоколу.

2. Идентификация и аутентификация: SIP использует аутентификацию посредством SIP Digest для проверки подлинности участников разговора. Это позволяет убедиться, что только доверенные пользователи могут устанавливать сеансы связи.

3. Защита от атак на авторизацию: SIP предоставляет механизмы для предотвращения атак на авторизацию, такие как алгоритмы предотвращения подбора паролей, ограничение числа попыток аутентификации и хранение паролей в хэш-функциях.

4. Защита от атак на отказ в обслуживании: SIP может использовать механизмы, такие как контроль перегрузки и ограничение ресурсов, для предотвращения атак на отказ в обслуживании и предотвращения перегрузки серверов SIP.

5. Защита от атак на SIP-сообщения: SIP предоставляет механизмы для обнаружения и предотвращения атак на SIP-сообщения, такие как контроль и фильтрация входящих сообщений, а также проверка синтаксиса и семантики сообщений.

6. Аудит и журналирование: SIP поддерживает возможность журналирования и аудита событий, что позволяет обнаружить и анализировать потенциальные нарушения безопасности.

Стек протоколов WebRTC

WebRTC -- cтек протоколов, который был спроектирован совсем недавно и нацелен на осуществление аудио и видео-конференций в реальном времени с помощью веб-браузера с использованием одноранговой сети. Используется в современных приложениях для видеоконференцсвязи.

Целью протокола WebRTC является оптимизация и упрощение осуществления звонков, а также повышение эффективности связи при использовании данной разработки. Архитектура WebRTC включает в себя следующие компоненты:

1. Набор протоколов: WebRTC использует несколько протоколов, чтобы обеспечить передачу данных в режиме реального времени. Основные протоколы, используемые в WebRTC, включают в себя Real-Time Protocol (RTP) для передачи аудио и видео, Session Description Protocol (SDP) для обмена метаданными о сеансе и Interactive Connectivity Establishment (ICE) для установки соединения между устройствами [4].

2. API: WebRTC предоставляет набор JavaScript API, которые позволяют разработчикам взаимодействовать с аудио, видео и данными в режиме реального времени. API включает в себя MediaStream API для доступа к медиа-потокам, RTCPeerConnection API для установки пирингового соединения между устройствами и RTCDataChannel API для передачи данных между устройствами.

3. Сетевая инфраструктура: WebRTC может использовать различные типы сетевых инфраструктур для передачи данных, включая веб-серверы, прокси-серверы и серверы обмена сообщениями. WebRTC также поддерживает прямое подключение (peer-to-peer), когда два устройства могут установить прямое соединение через NAT и файерволы [4].

4. Кодеки: WebRTC поддерживает различные кодеки для сжатия и декодирования аудио и видео.

На рисунке 4 представлена архитектура стека протоколов WebRTC.

Для обеспечения защиты информации в стеке протоколов WebRTC используются следующие алгоритмы безопасности:

1. Шифрование трафика: WebRTC включает в себя End-to-End шифрование, чтобы защитить переданные данные от прослушивания и подделки. Для этого применяется шифрование на уровне пакетов SRTP (Secure Real-Time Transport Protocol) [5].

2. Аутентификация и идентификация пользователей: WebRTC поддерживает использование SSL/TLS протокола для аутентификации и идентификации веб-сайтов, а также пользователей. Это гарантирует, что веб-приложение получает данные только от подлинного сервера и устанавливает безопасное соединение с ним.

3. Защита от атак на приватность: WebRTC имеет встроенную защиту от атак на приватность, таких как утечка локального IP-адреса. Для этого применяются механизмы, такие как Symmetric NAT и ICE (Interactive Connectivity Establishment) [5].

Рисунок 4 - Архитектура стека протоколов WebRTC

4. Ограничение доступа к медиа: WebRTC позволяет пользователям контролировать доступ к их аудио- и видеоустройствам. Это предотвращает возможность незаконного использования медиа-ресурсов.

5. Защита от DoS атак: WebRTC применяет защиту от атак типа Denial of Service (DoS), например, путем ограничения количества установленных соединений или механизмом Rate Limiting.

Анализ рассмотренных протоколов с точки зрения используемых алгоритмов безопасности

Ниже приведена таблица со сравнительным анализом стеков протоколов, которые используются для организации видеоконференцсвязи, по таким критериям: уровень модели OSI, алгоритмы безопасности, популярность.

В таблице 1 представлен сравнительный анализ протоколов для видеоконференцсвязи с точки зрения используемых алгоритмов безопасности.

Выполнив краткий анализ протоколов видеоконференцсвязи с точки зрения алгоритмов защиты информации, можно сделать вывод, что имеющиеся средства защиты, на первый взгляд, неплохо решают вопросы, касающиеся безопасной работы с приложениями видеоконференцсвязи. Но, возможно, для организации некоторых каналов видеоконференцсвязи этих средств недостаточно.

Для обнаружения уязвимостей в приложениях на базе вышеперечисленных протоколов, необходимо более детально изучить возможную архитектуру приложения для видеоконференцсвязи, использование других протоколов обмена информации, вопросы, касающиеся безопасного хранения данных и т.д., т.е. подойти к анализу уязвимостей с разных сторон, чтобы в дальнейшем предложить средства по повышению эффективности алгоритмов защиты информации в приложениях для видеоконференцсвязи, что является целью дальнейших исследований авторов.

Перспективы последующих исследований

В дальнейшем планируется изучить существующие приложения для видеоконференцсвязи, платные и свободно распространяемые, рассмотреть рекомендации по использованию этих приложений с точки зрения безопасной передачи данных. Оценить их достоинства и недостатки с точки зрения используемых алгоритмов защиты информации.

Также важным этапом является проектирование возможной архитектуры программного обеспечения для организации видеоконференцсвязи, проектирование собственного протокола передачи информации с защитой информации. Должное внимание нужно уделить и безопасной аутентификации в приложениях такого типа.

Защита передаваемых данных в приложениях для видеоконференцсвязи основывается на криптографических алгоритмах, используемых для шифрования передаваемых данных, алгоритмах безопасной аутентификации, алгоритмах безопасного хранения информации.

Также в дальнейшем планируется рассмотреть более детально возможные атаки на приложения для видеоконференцсвязи и средства защиты от них.

Выводы

В рамках статьи были рассмотрены такие стеки протоколов видеоконференцсвязи как H.323, SIP, WebRTC. У каждого из них есть свои средства защиты, а также свои достоинства и недостатки.

В процессе изучения протоколов для видеоконференцсвязи было изучено три основных протокола для обеспечения видеоконференцсвязи, был проведен сравнительный анализ их алгоритмов безопасности и популярности среди современных сервисов.

Также было принято решение спроектировать и реализовать свой протокол для видеоконференцсвязи с поддержкой собственных алгоритмов безопасности, который будет обеспечивать безопасную аутентификацию пользователей, шифрование данных алгоритмами шифрования, как асимметричными, так и симметричными, а также иметь свой алгоритм защиты от DoS атак.

Литература

1. Сейдин И.И. Протоколы и системы IP телефонии. 2017. – 300 с.

2. ITU-R. Recommendation H.323. 2013. – 125с.

3. Протокол SIP и его архитектура [Электронный ресурс] Режим доступа: http://asterisk-service.com/downloads/SIP-RU.pdf – Заглавие с экрана

4. Архитектура WebRTC [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.osp.ru/os/2014/05/13041819?ysclid=lpbiziotqc626 - Заглавие с экрана

5. Безопасность протокола WebRTC [Электронный ресурс]-- Режим доступа: https://www.wowza.com/blog/webrtc-encryption-and-security - Заглавие с экрана

Белошицкий Р.Е., Чернышова А.В. Обзор протоколов для организации видеоконференцсвязи. В данной статье выполнен обзор протоколов для видеоконференцсвязи. Рассмотрены протоколы H.323, протокол SIP, стек протоколов WebRTC. Выполнен анализ протоколов с точки зрения алгоритмов безопасности, популярности.

Ключевые слова: видеоконференцсвязь, протокол, H.323, SIP, WebRTC, аутентификация, шифрование, защита от атак.

Beloshitsky R.E., Chernyshova A.V. Review of protocols for organizing video conferencing. This article provides an overview of videoconferencing protocols. The H.323 protocols, the SIP protocol, and the WebRTC protocol stack are considered. An analysis of protocols was carried out from the point of view of security algorithms and popularity.

Keywords: video conferencing, protocol, H.323, SIP, WebRTC, authentication, encryption, protection against attacks.