📘 AI時代系列(4)：AI 驅動的電信網路規劃與設計 🌐
72/100 第八章：電信網路安全與管理
72. 加密與保護 🔐 —— IPsec、TLS、SRTP
👉 保護語音與數據隱私，建立可信賴的通信環境
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🎯 單元導讀
在現代的行動與電信網路中，數據流與語音訊息每日以數十億筆的規模傳輸。
若無安全機制防護，黑客可輕易竊聽、篡改或偽造訊息，造成隱私洩漏與服務中斷。
因此，加密技術（Encryption）與保護協定（Protection Protocols） 成為確保網路信任的核心。
本單元將說明三大關鍵協定——IPsec、TLS、SRTP 的原理、用途與在電信網路中的實際應用。
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🧠 一、為何需要加密？
在電信網路中，最常見的四種威脅包括：
📡 竊聽（Eavesdropping） —— 攻擊者監聽傳輸內容，造成隱私外洩。
✏️ 篡改（Tampering） —— 攻擊者修改封包資料，導致通話錯誤或誤導。
👤 冒充（Spoofing） —— 假冒合法用戶或伺服器，引發詐騙與攻擊。
🧱 阻斷（Denial） —— 攻擊者攔截或阻斷流量，造成服務癱瘓。
➡️ 加密的本質是「讓訊息即使被攔截，也無法被解讀或修改」。
這不僅保障用戶隱私，更維持整體網路的完整性與信任鏈（Trust Chain）。
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🔐 二、IPsec（Internet Protocol Security）
📍 用途：保護網路層（Layer 3）的 IP 封包傳輸。
原理說明：
IPsec 為每個 IP 封包提供「認證、完整性與加密」。
它可在兩種模式下運作：
1️⃣ 傳輸模式（Transport Mode）：僅加密 IP 負載，適用於端對端傳輸。
2️⃣ 隧道模式（Tunnel Mode）：整個 IP 封包加密後再封裝，用於網關對網關，如企業 VPN。
關鍵組件：
• AH（Authentication Header）：驗證封包未被竄改。
• ESP（Encapsulating Security Payload）：負責資料加密與隱藏。
• IKE（Internet Key Exchange）：協商金鑰與安全參數。
實務應用：
VPN 專線、5G 核心網回傳加密、企業內部骨幹安全防護。
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🧭 三、TLS（Transport Layer Security）
📍 用途：保護應用層與傳輸層之間的資料交換。
原理說明：
TLS 基於公鑰加密與數位憑證，建立安全信道。
它是 HTTPS、VoLTE、IMS、5G SBA（Service-Based Architecture）的基礎。
運作流程：
1️⃣ 握手（Handshake） → 雙方交換憑證與加密算法。
2️⃣ 金鑰協商（Key Exchange） → 建立對稱加密金鑰。
3️⃣ 資料傳輸（Data Encryption） → 使用 AES、ChaCha20 等演算法進行保護。
實務應用：
• HTTPS 網頁安全傳輸
• SBA 功能間 API 加密
• 5G 核心 NF 間通訊（TLS 1.3 為標準）
• 零信任架構（ZTNA）的信任基礎
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🎧 四、SRTP（Secure Real-time Transport Protocol）
📍 用途：保護即時語音與影像傳輸（VoIP、VoLTE）。
原理說明：
SRTP 在 RTP（Real-time Transport Protocol）基礎上，加入加密與驗證功能。
確保語音資料即使被攔截，也無法被還原或竄改。
核心機制：
• AES 加密：保護語音內容。
• HMAC-SHA1 驗證：確保封包完整性。
• Replay Protection：防止重播攻擊。
實務應用：
VoIP、WebRTC、VoLTE、IMS 通話。
SRTP + SIP over TLS 是目前行動通訊語音的標準安全組合。
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🧩 五、三者關係與多層防護（Defense in Depth）
在電信網路中，加密協定並非單獨使用，而是形成「多層防護」結構。
以下為概念示意（ASCII 圖）：
┌───────────────────────────────┐
│ 🔐 多層加密防護架構圖示 │
├───────────────────────────────┤
│ 應用層 ：TLS → 保護 API、控制信令 │
│ 傳輸層上方：SRTP → 保護語音/影像封包 │
│ 網路層 ：IPsec → 保護整體封包與通道 │
└───────────────────────────────┘
↑ 多層疊加保障數據完整性與隱私 ↑
這個圖說明了電信網路的「縱深防禦結構（Defense in Depth）」理念。
從下到上，IPsec 在網路層保護整體封包通道，防止竊聽與篡改；SRTP 在傳輸層上方加密即時語音與影像內容；而 TLS 位於應用層，用於保護 API 與控制信令。
三者層層疊加，形成「通道安全 + 資料安全 + 控制安全」的完整體系，確保數據在傳輸過程中兼顧隱私性、完整性與可靠性。
在 5G VoLTE 系統中：
• SRTP 保護語音內容
• TLS 保護信令交換
• IPsec 保護回傳與骨幹封包通道
這樣形成「應用層 + 傳輸層 + 網路層」的完整防護鏈。
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🧠 六、AI 與加密的結合
AI 正在革新加密與安全管理方式，主要應用包括：
• 🔎 異常流量偵測：以機器學習自動辨識可疑的加密流量模式。
• 🔐 金鑰管理優化：強化學習（Reinforcement Learning）自動調整金鑰更新頻率。
• ⚙️ 智慧策略配置：AI 可根據即時網路負載與風險評估，自動切換 IPsec 或 TLS 層級。
這使電信網路邁向「動態加密」與「自適應安全」的新時代。
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💡 七、核心要點小結
1️⃣ 加密是電信安全的第一道防線，確保私密與完整性。
2️⃣ IPsec、TLS、SRTP 分屬不同層級，但能互補形成縱深防護。
3️⃣ AI 技術可讓加密策略智慧化、動態化，降低人為配置錯誤。
4️⃣ 現代電信安全是「協定整合 + AI 智能」的雙核心架構。
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🧩 八、模擬題 🎯
題 1：
✅ 題 1：IPsec、TLS、SRTP 的分層差異與應用場景
這三個協定分別運作在不同網路層級：
• IPsec：屬於網路層（Layer 3），負責保護整個 IP 封包。常用於企業 VPN、基地台回傳（Backhaul）及核心網骨幹鏈路安全。
• TLS：位於傳輸層與應用層之間（Layer 4–7），建立安全信道並驗證雙方身分。應用於 HTTPS、IMS、及 5G SBA 架構中的 NF 間 API 通訊。
• SRTP：運作於傳輸層上方（延伸 RTP），專門保護即時語音與影像資料，常見於 VoIP、VoLTE、WebRTC。
📌 可簡述為：「IPsec 保通道、TLS 保信令、SRTP 保語音內容」，三者形成分層防護。
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✅ 題 2：5G SBA 未使用 TLS 的風險與 PKI 改善
若 5G 核心網的服務功能（NF）間未採用 TLS，將面臨：
• 資料外洩：API 傳輸的用戶資料、Session ID、SUPI 等可能被攔截。
• 中間人攻擊：攻擊者可假冒 NF 節點竊取或篡改控制訊息。
• 服務冒充：偽造 AMF/SMF 請求造成錯誤路由或資源混亂。
改善方法是導入 PKI（公開金鑰基礎設施）：
• 建立內部 CA 簽發 NF 憑證，並透過 mTLS（雙向 TLS 認證） 驗證雙方身份。
• 使用 TLS 1.3 加強加密與握手效率。
• 配合 CRL/OCSP 機制確保憑證有效性，建立完整信任鏈。
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✅ 題 3：VoLTE 封包延遲上升的 TLS / SRTP 效能分析
分析方向如下：
• 若延遲發生在通話建立階段，可能是 TLS 握手耗時 或伺服器憑證驗證過慢。可透過 Session Resumption 或 TLS 1.3 減少往返延遲。
• 若延遲出現在語音過程中，則多與 SRTP 加解密負載 有關。SRTP 為每個 RTP 封包進行 AES 加密與 HMAC 驗證，若 CPU 過載或緩衝不足，會造成語音延遲。
改善建議：
• 啟用硬體加速（Crypto Engine）減少加密延遲。
• 優化 SBC（Session Border Controller）與 IMS 核心設備 QoS 排程。
• 檢查是否同時進行重加密轉發或 NAT Traversal，這會增加封包處理時間。
📌 關鍵在於平衡「安全性」與「即時性」，適度優化加密層級與硬體效能，維持 VoLTE 通話品質。
