SIP REG Digest认证算法分析

本文主要是介绍SIP REG Digest认证算法分析，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

一、回顾SIP Register的认证过程

1. Client(通常是话机或IM+软件)向REG Server(一般是OpenSIPS或Freeswitch)发起REGISTER注册请求（注：此时发送的请求里，只有一些用户名、客户端类型之类的普通信息）
2. REG Server收到请求后，发现里面没有Digest等安全相关的摘要信息，直接返回401(未授权)，同时会附加额外的安全信息（比如：realm/nonce/algorithm/qop)
3. Client收到401拒绝返回后，根据服务端返回的realm/nonce/algorithm/qop信息，结合自己的password，计算出一个最终的response digiest(注：是一个md5值)，重新发起第2次REGISTER，并附带上response digest等认证相关信息。
4. REG Server根据Client发过来的Authorization认证信息进行校验，如果校验通过，则返回200 OK，认证通过

二、认证过程中的SIP信令(报文)

这里介绍二种查看REGISTER过程SIP信令的方法：

2.1 打开FreeSwitch的SIP trace功能 

sofia profile internal siptrace on|off

在FreeSwitch控制台中，输入上面的命令行（on为打开，off为关闭)，然后用Client（比如：免费开源软电话MicroSIP)注册，此时FreeSwitch中会输出4段SIP报文，分别对应认证过程中的4个阶段，类似下面这样：

第1段 REGISTER（Client → FreeSwitch）

recv 647 bytes from tcp/[10.32.26.25]:51696 at 02:14:58.914917:
------------------------------------------------------------------------
REGISTER sip:10.32.26.25:5070;transport=tcp SIP/2.0
Via: SIP/2.0/TCP 10.32.26.25:51696;rport;branch=z9hG4bKPj8d4db68b24754f539dbf3b563a44fe55;alias
Max-Forwards: 70
From: <sip:1000@10.32.26.25>;tag=89aefb1f3fc0413283a453eda5407f60
To: <sip:1000@10.32.26.25>
Call-ID: 1e7af0e67a5044658fc7f6716d329642
CSeq: 36850 REGISTER
User-Agent: MicroSIP/3.20.3
Supported: outbound, path
Contact: <sip:1000@10.32.26.25:51696;transport=TCP;ob>;reg-id=1;+sip.instance="<urn:uuid:00000000-0000-0000-0000-000011058e7e>"
Expires: 300
Allow: PRACK, INVITE, ACK, BYE, CANCEL, UPDATE, INFO, SUBSCRIBE, NOTIFY, REFER, MESSAGE, OPTIONS
Content-Length:  0

第2段 401 Unauthorized(FreeSwitch → Client)

send 670 bytes to tcp/[10.32.26.25]:51696 at 02:14:58.918913:
------------------------------------------------------------------------
SIP/2.0 401 Unauthorized
Via: SIP/2.0/TCP 10.32.26.25:51696;rport=51696;branch=z9hG4bKPj8d4db68b24754f539dbf3b563a44fe55;alias
From: <sip:1000@10.32.26.25>;tag=89aefb1f3fc0413283a453eda5407f60
To: <sip:1000@10.32.26.25>;tag=Q0m1g96BS3vpa
Call-ID: 1e7af0e67a5044658fc7f6716d329642
CSeq: 36850 REGISTER
User-Agent: FreeSWITCH-mod_sofia/1.6.18+git~20170612T211449Z~6e79667c0a~64bit
Allow: INVITE, ACK, BYE, CANCEL, OPTIONS, MESSAGE, INFO, UPDATE, REGISTER, REFER, NOTIFY, PUBLISH, SUBSCRIBE
Supported: timer, path, replaces
WWW-Authenticate: Digest realm="10.32.26.25", nonce="bee3366b-cf59-476e-bc5e-334e0d65b386", algorithm=MD5, qop="auth"
Content-Length: 0

第3段  REGISTER (第2次 Client → FreeSwitch)

recv 921 bytes from tcp/[10.32.26.25]:51696 at 02:14:58.925916:
------------------------------------------------------------------------
REGISTER sip:10.32.26.25:5070;transport=tcp SIP/2.0
Via: SIP/2.0/TCP 10.32.26.25:51696;rport;branch=z9hG4bKPj414de93b6fd34f21a9c453d81117fee2;alias
Max-Forwards: 70
From: <sip:1000@10.32.26.25>;tag=89aefb1f3fc0413283a453eda5407f60
To: <sip:1000@10.32.26.25>
Call-ID: 1e7af0e67a5044658fc7f6716d329642
CSeq: 36851 REGISTER
User-Agent: MicroSIP/3.20.3
Supported: outbound, path
Contact: <sip:1000@10.32.26.25:51696;transport=TCP;ob>;reg-id=1;+sip.instance="<urn:uuid:00000000-0000-0000-0000-000011058e7e>"
Expires: 300
Allow: PRACK, INVITE, ACK, BYE, CANCEL, UPDATE, INFO, SUBSCRIBE, NOTIFY, REFER, MESSAGE, OPTIONS
Authorization: Digest username="1000", realm="10.32.26.25", nonce="bee3366b-cf59-476e-bc5e-334e0d65b386", uri="sip:10.32.26.25:5070;transport=tcp", response="7a8049557b2e77602625fa9ee7d8f088", algorithm=MD5, cnonce="c3606b3f70544096a7e17fcdb4670795", qop=auth, nc=00000001
Content-Length:  0

第4段 200 Ok(FreeSwitch → Client)

 send 646 bytes to tcp/[10.32.26.25]:51696 at 02:14:58.933914:
   ------------------------------------------------------------------------
   SIP/2.0 200 OK
   Via: SIP/2.0/TCP 10.32.26.25:51696;rport=51696;branch=z9hG4bKPj414de93b6fd34f21a9c453d81117fee2;alias
   From: <sip:1000@10.32.26.25>;tag=89aefb1f3fc0413283a453eda5407f60
   To: <sip:1000@10.32.26.25>;tag=r9Dtj4QFpcK9N
   Call-ID: 1e7af0e67a5044658fc7f6716d329642
   CSeq: 36851 REGISTER
   Contact: <sip:1000@10.32.26.25:51696;transport=TCP;ob>;expires=300
   Date: Mon, 06 Sep 2021 02:14:58 GMT
   User-Agent: FreeSWITCH-mod_sofia/1.6.18+git~20170612T211449Z~6e79667c0a~64bit
   Allow: INVITE, ACK, BYE, CANCEL, OPTIONS, MESSAGE, INFO, UPDATE, REGISTER, REFER, NOTIFY, PUBLISH, SUBSCRIBE
   Supported: timer, path, replaces
   Content-Length: 0

2.2 采用WireShark抓包

参考上图，启动WireShark，指定网卡以及抓包的协议为sip后，本机用Client注册登录1次，就能抓到这4个阶段的SIP信令（注：上图的REG Server是OpenSIPS），跟FreeSwith做为REG Server对比，可以发现OpenSIPS第3阶段，返回的Authorization里，少了cnounce、 qop、nc这3个值，这一点要注意一下。

三、Response Digest的计算过程 

通过观察SIP报文发现，整个注册过程中Client始终没有发送过任何password的明文，相对还是很安全的。Client第2次发起REGISTER时，附带的Response值是关键！REG Server将校验这个值的正确性，校验通过才会注册成功。

整个计算过程，分成三步：

3.1 计算HA1

规则如下：

注：MD5计算出来的值为32位小写，password为密码，只有Client自己知道。

 例1（FreeSwitch充当REG Server）：

 Client第2次提交的REGISTER请求中，Authorization信息为：

Authorization: Digest username="1000", realm="10.32.26.25", nonce="bee3366b-cf59-476e-bc5e-334e0d65b386", uri="sip:10.32.26.25:5070;transport=tcp", response="7a8049557b2e77602625fa9ee7d8f088", algorithm=MD5, cnonce="c3606b3f70544096a7e17fcdb4670795", qop=auth, nc=00000001

则HA1 = MD5("1000:10.32.26.25:1234") = 6a5e40ec8a6cbac75b9914b271516a47 （假设password为1234）

例2（OpenSIPS充当REG Server)：

第2阶段，FreeSwitch返回的Authorization如下：

Authorization: Digest username="440444", realm="10.2.60.171", nonce="6135e48401ea0109021093850f9c5db2bf101786", uri="sip:10.2.60.171:5060", response="885f45ae2179c9d8ce2bc1cbd8e4bb9f"

则HA1 = MD5("440444:10.2.60.171:440444") = 109cf921db79c57e146cd8d46429312d (假设password与username相同，都为440444)

3.2 计算HA2

规则如下：

注：digestURI为SIP信令Authorization节点中的uri值，对于注册来说，method即为固定值REGISTER

例1（FreeSwitch充当REG Server）：

Client第2次提交的REGISTER请求中，Authorization信息为：

Authorization: Digest username="1000", realm="10.32.26.25", nonce="bee3366b-cf59-476e-bc5e-334e0d65b386", uri="sip:10.32.26.25:5070;transport=tcp", response="7a8049557b2e77602625fa9ee7d8f088", algorithm=MD5, cnonce="c3606b3f70544096a7e17fcdb4670795", qop=auth, nc=00000001

则HA2 = MD5("REGISTER:sip:10.32.26.25:5070;transport=tcp") = c0a1637fb943febd38e69c2087d58fe9

例2（OpenSIPS充当REG Server)：

第2阶段，FreeSwitch返回的Authorization如下：

Authorization: Digest username="440444", realm="10.2.60.171", nonce="6135e48401ea0109021093850f9c5db2bf101786", uri="sip:10.2.60.171:5060", response="885f45ae2179c9d8ce2bc1cbd8e4bb9f"

则HA2 = MD5("REGISTER:sip:10.2.60.171:5060") = 9f5c90dad45f8b57a9de5ad977027d7b

3.3 计算Response

根据前2步计算出来的HA1及HA2，计算response值，规则如下：

MD5(HA1:nonce:HA2)

MD5(HA1:nonce:nonceCount:cnonce:qop:HA2)

计算结果如下：

参考文章：

https://en.wikipedia.org/wiki/Digest_access_authentication

https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc2069

https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc2617

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