📘 AI時代系列(4)：AI 驅動的電信網路規劃與設計 🌐
53/100 第六週：📌電信網安全與隱私
53. 加密協定 TLS、IPSec、SRTP —— 保護數據傳輸的基本技術。
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🎯 單元導讀
電信網路的安全傳輸依賴於 加密協定，透過驗證、完整性保護與機密性來防止竊聽與攻擊。
三大常見協定：
• TLS（Transport Layer Security） → 應用層保護（Web、5G SBA）。
• IPSec（IP Security） → 網路層保護（VPN、承載網）。
• SRTP（Secure Real-time Transport Protocol） → 實時語音/視訊保護（VoLTE、VoNR）。
👉 這些協定是 4G/5G/VoIP 核心防線。
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🧠 一、TLS（Transport Layer Security）
• 應用場景：HTTPS、5G SBA (Service-Based Architecture)。
• 核心功能：
o 加密數據（防止竊聽）。
o 完整性驗證（防止竄改）。
o 雙向憑證（Client/Server Authentication）。
• 在 5G 中的角色：
o 核心網 NFs（Network Functions）之間的通信必須透過 HTTP/2 + TLS 1.3。
o 提供 端到端加密，避免 Diameter/SS7 的漏洞。
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🧠 二、IPSec（IP Security）
• 應用場景：VPN、LTE Backhaul、跨域承載網連線。
• 核心功能：
o 在 IP 層提供加密與認證。
o AH（Authentication Header）：確保來源真實性。
o ESP（Encapsulating Security Payload）：確保數據加密與完整性。
• 在電信中的角色：
o eNB/gNB ↔ Core 之間的 S1/Xn/S5/S8 接口。
o 保護用戶面（User Plane）流量不被攔截。
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🧠 三、SRTP（Secure Real-time Transport Protocol）
• 應用場景：VoIP、VoLTE、VoNR、WebRTC。
• 核心功能：
o 基於 RTP，提供語音/視訊加密。
o 使用 AES 加密、HMAC-SHA1 完整性驗證。
o 支援 密鑰管理協定（SDES、DTLS、ZRTP）。
• 在電信語音中的角色：
o 取代傳統 RTP，確保語音不被竊聽。
o 在 VoLTE/IMS 架構中廣泛應用。
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🔁 四、ASCII 架構示意
[應用層] --- TLS ---> 5G SBA (HTTP/2)
[網路層] --- IPSec --> Core ↔ RAN / VPN
[傳輸層] --- SRTP ---> VoLTE / VoNR / WebRTC
這張 ASCII 架構圖展示了在 5G 網路中不同層級的安全與傳輸對應：在應用層，以 TLS 保護終端應用與 5G 的服務導向架構（SBA）之間的訊息，SBA 多以 HTTP/2 為傳輸協定，TLS 確保端到端的機密性與完整性；在網路層，採用 IPSec 保護核心網與 RAN 之間或 VPN 隧道中的封包，提供網路層的加密、認證與抗竄改能力，確保跨域傳輸的連線安全；在傳輸層，對即時多媒體流（如 VoLTE、VoNR、以及基於瀏覽器的 WebRTC）使用 SRTP，針對語音/視訊流做低延遲的加密與串流完整性保護，避免竊聽與重放攻擊。整體而言，三層安全機制互為補強，分工明確：TLS 處理應用層信任、IPSec 處理網路通道保護、SRTP 保障即時媒體的低延遲安全。
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🧪 五、防護與挑戰
1. TLS：
o 優點：靈活、應用廣。
o 挑戰：需要憑證管理，延遲較高。
2. IPSec：
o 優點：IP 層加密，通用性高。
o 挑戰：配置複雜，VPN 大規模維護困難。
3. SRTP：
o 優點：專為即時通訊設計。
o 挑戰：密鑰交換安全性仍需依賴其他協定。
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💼 六、實務題
1. 基礎題
o 問題：為何 5G SBA 必須使用 TLS？
o 答案：TLS 提供端到端加密與驗證，避免像 Diameter/SS7 一樣被攔截。
2. 應用題
o 問題：如何確保 eNB 與 EPC 之間的 S1 介面不被竊聽？
o 答案：透過 IPSec 通道加密，並使用 ESP 確保完整性。
3. 設計題
o 問題：你會如何設計一個 VoLTE 語音加密架構？
o 答案：採用 SRTP 傳輸語音，並透過 IMS/SDP 協商密鑰。
4. 診斷題
o 問題：若某客戶反映 VoLTE 通話遭竊聽，你會如何定位問題？
o 答案：檢查 SRTP 是否啟用、密鑰交換是否安全、是否被降級為非加密 RTP。
5. 進階題
o 問題：在實際網路設計中，TLS、IPSec、SRTP 如何協同工作？
o 答案：TLS 保護核心網 NFs 間控制訊息，IPSec 保護承載層傳輸，SRTP 專注語音即時媒體流。
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✅ 七、小結與啟示
• TLS：應用層安全核心，5G SBA 必備。
• IPSec：IP 層安全防護，保護回傳與承載。
• SRTP：即時通訊安全，語音/視訊加密標準。
👉 這三者共同構成 5G/IMS/VoIP 的安全傳輸基石，是電信安全工程師必備技能。
