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加密|基于量子加密的移动视频指挥系统建设及应用

_原题为 基于量子加密的移动视频指挥系统建设及应用
移动视频指挥系统现广泛应用于抢险救灾、反恐处突、演习保障等重要活动,具有机动灵活、快速便捷、直观高效等特点 。 加装量子保密机后,可传输更高密级信息,拓展了系统的使用范围 。
一、移动视频指挥系统的构成
移动视频指挥系统主要由终端系统、专用信道、入网认证管理系统、视音频应用系统和量子加密系统五部分组成,其中终端系统和量子加密终端可配置于车辆、人员或固定指挥场所,入网认证管理系统、视音频应用系统和量子加密系统可配置于坑道或高安全级别的机房 。 系统组织结构如下图所示:
加密|基于量子加密的移动视频指挥系统建设及应用
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(一)终端系统
终端系统包括移动网关、音视频设备、控制终端组成 。 移动网关集音视频采集、解压缩和无线网络传输等功能为一体,可将采集后的音视频信号,通过无线网络传输至后台的视音频服务器 。 视音频服务器进行音频、视频的管理交换,可实现各指挥所之间的音视频交互通信 。 控制终端中安装有控制软件,可对音视频信号进行相关参数设置,同时可对组网会议进行远程管理控制 。
(二)专用无线信道
专用无线信道可采用4G VPN、wifi自组网等方式,一般采用信号稳定、覆盖范围更广的4G VPN系统 。 该系统具备一定的安全措施,如身份验证、空中加密传输、专线连接等 。 4G VPN专网业务流程图如下所示:
加密|基于量子加密的移动视频指挥系统建设及应用
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4G VPN专网只提供网络传输信道,用户开机后与VPN专网建立空中加密信道,发送上网请求,SGSN通过HLR对用户序列号和接入点域名做合法性检验,通过验证后在DNS服务器查找接入点域名所对应的专用GGSN,以该GGSN作为一个代理,依托光纤专线与LNS网关路由器之间建立L2TP隧道,实现用户PPP报文透传 。
(三)入网认证管理系统
入网认证管理系统主要包括LNS网关路由器、AAA认证服务器和IP-IP路由器等 。 LNS网关路由器主要用于实现与4G VPN专网中的GGSN连接并建立L2TP隧道,是L2TP隧道的逻辑终点 。 AAA服务器是验证、授权和记费的简称,主要进行身份认证、授权以及用户信息的存储、策略管理等 。 L2TP隧道将用户封装的原始PPP数据包传送到隧道终点后,LNS网关路由器解包还原为用户发起的原始数据包,AAA认证服务器根据数据包中的用户ID、密码和设备识别码及串号等对用户进行认证,并设定用户权限,通知LNS网关路由器为用户分配固定军网IP地址 。
IP-IP路由器是实现IP-IP隧道协议的网络设备,具有根据发送和接收IP数据包报头自动添加IP-IP隧道功能,是专为移动网关设计的专用路由器 。 不同网段的车载或单兵终端发送的数据包经过移动网关的路由模块,按照预先设定的规则自动转化为同一网段的IP地址,实现点对点跨网段互通 。 与固定侧网络互通时,经IP-IP路由器按相反规则还原为原地址进行通信,实现系统路由免配置 。
(四)视音频应用系统
视音频应用系统主要包括视频服务器、视音频编解码服务器、视音频矩阵、调音台、音箱、话筒、大屏幕显示系统以及视频会议系统软件等 。 视音频应用系统工作流程如下图所示:
加密|基于量子加密的移动视频指挥系统建设及应用
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由移动网关采集的音视频信息,通过专用信道传送至视频服务器,视频服务器根据会议要求,对音频和视频信号进行交换,实现多方视频通信 。 本地音视频需通过视频编解码服务器进行解码或编码,而后通过视频矩阵和调音台还原为模拟信号,收听收看 。
二、量子加密的实现原理
为确保4G移动通信具有更高的安全性,选择在移动网关和音视频服务器两端加装量子网络加密机 。 量子网络加密机是支持量子密钥的网络数据传输加密设备,通过IPSec VPN加密隧道实现IP层数据加解密、消息来源正确性验证、密钥管理等功能 。 秘钥则通过量子真随机数发生器获取,并储存于加密机内置的秘钥池中 。
(一)IPSec VPN加密隧道
IPSec是IETF组织定义的一组协议,用于增强IP网络的安全性,建立IPSec VPN连接需要三个步骤:步骤一,流量触发IPSec 。 IPSec建立过程是由对等体之间发送的流量触发的,一旦有VPN流量经过加密设备,连接过程便开始建立了 。 步骤二,建立管理连接 。 加密机两端根据D-H算法生成对称秘钥,协商和建立管理连接,并验证远程系统的标识 。 该管理连接是一个准备工作,不传输实际数据,只是就协议、加密算法和使用的密钥进行协商 。 步骤三,建立数据连接 。 IPSec基于安全的管理连接,协商建立一个或多个用于IPSec通信的数据连接 。 一般为两条:一条接受数据,一条发送数据 。
IPSec对原来的IP数据进行了封装和加密,加上了新的IP头,如果封装安全负荷ESP用在网关中,外层的未加密IP头包含网关的IP地址,内层加密的IP头包含真实的源和目标地址,这样可以防止偷听者分析源头和目标之间的通信量 。


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