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RFC8489-STUN

news 来源：原创 2025/6/7 12:35:50

0. 学习参考

RFC5389 中文翻译 中文RFC RFC文档 RFC翻译 RFC中文版

RFC 5389：NAT 的会话遍历实用程序 （STUN） --- RFC 5389: Session Traversal Utilities for NAT (STUN)

1. RFC 3489的演变

自 RFC 3489 发布以来的经验发现，经典的 STUN 根本无法很好地工作，无法成为可部署的解决方案。通过传统 STUN 学习的地址和端口有时可用于与对等体通信，有时则不能。Classic STUN 无法发现它是否实际上有效，并且在不起作用的情况下它不提供任何补救措施。此外，发现经典的 STUN 用于 NAT 类型分类的算法是错误的，因为许多 NAT 不能完全适应那里定义的类型。

Classic STUN 还存在一个安全漏洞——攻击者可以在某些拓扑和约束下向客户端提供不正确的映射地址，而这从根本上无法通过任何加密手段解决。尽管该规范仍然存在此问题，但现在通过使用使用 STUN 的更完整的解决方案来缓解这些攻击。

2. STUN 业务概况

STUN 是一种客户端 - 服务器协议，核心功能是帮助端点穿越 NAT，实现地址发现、连接性检查和 NAT 绑定维持。以下是其操作概述的核心内容：

1. 协议架构与组件

  • 实体角色：

    • STUN 代理（Agent）：分为客户端和服务器，客户端发送请求 / 指示并接收响应，服务器处理请求并返回响应。
    • 网络组件：包括私有网络、NAT 设备和公共互联网，客户端通过 NAT 与服务器通信，服务器位于公共网络侧。

  • 事务类型：

    • 请求 / 响应事务：客户端发送请求（如获取反射地址），服务器返回响应，通过 96 位事务 ID 关联请求与响应，确保唯一性和防重放攻击。
    • 指示事务：单向消息（如保活信号），不期待响应，用于维持 NAT 绑定活性。

2. STUN包 Binding 方法与反射地址获取

  • 核心功能：

    • 通过 Binding 请求 / 响应 确定客户端在 NAT 后的公网地址（反射地址）。客户端发送请求，经 NAT 后服务器获取其公网 IP 和端口，通过响应中的 XOR-MAPPED-ADDRESS 返回。
    • 反射地址用途：用于 ICE 等 NAT 穿越方案，使端点能在公共网络中建立连接。

  • 流程细节：

    1. 客户端发送 Binding 请求，源地址被 NAT 转换为公网地址。
    2. 服务器接收请求，记录源地址（反射地址），填入响应属性并返回。
    3. 客户端解析响应，获取自身在公网的映射地址。

3. stun 多协议复用与区分机制

当 STUN 与其他协议（如 RTP、SIP）复用同一传输通道时，通过以下方式区分消息：

  • 固定头部特征：STUN 头部前两位为 0，Cookie 为固定值。
  • FINGERPRINT 属性：可选 CRC-32 校验值，用于精确区分 STUN 与非 STUN 数据包。

4. stun 可选机制与安全扩展

认证机制：支持 短期凭证（带外协商用户名 / 密码）和 长期凭证（Digest 挑战 / 响应），通过 MESSAGE-INTEGRITY 属性确保消息完整性。

DNS 发现：通过 STUN URI（如 stun://）和 SRV 记录查找服务器地址，支持自动配置。

3. STUN 消息结构

3.1 消息整体架构与编码规则

  1. 所有 STUN 消息必须以 20 字节的标头开头，后跟零个或多个属性。STUN 标头包含 STUN 消息类型、magic cookie、交易 ID 和消息长度。
  2. 每条 STUN 消息的最高有效 2 位必须为零，多路复用时，这可用于将 STUN 数据包与其他协议区分开来。
  3. 标头的 STUN 固定部分后面是零个或多个属性。每个属性都经过 TLV（Type-Length-Value） 编码。

3.2 固定头部

  • 二进制编码：采用网络字节序（大端序），遵循 [RFC 0791] 规范，数值常量默认十进制。
  • 固定头部 + 属性扩展：消息由 20 字节固定头部 和 可选属性字段 组成，属性采用 TLV（Type-Length-Value）格式，总长度需对齐 4 字节边界。

STUN字段长度描述
MSG TYPE2 字节高 2 位为 0（区分其他协议），剩余 14 位分为：
- 12 位 方法（Method）：如 Binding（0x0001）
- 2 位 类（Class）：0b00 = 请求，0b01 = 指示，0b10 = 成功响应，0b11 = 错误响应
MSG length2 字节不包含头部的消息体长度（字节数），需为 4 的倍数（通过填充确保）。
Cookie4 字节固定值 0x2112A442，用于区分 STUN 包与其他协议，兼容 RFC 5389 扩展检测。
transcation ID12 字节96 位随机数，唯一标识事务：
- 请求 / 响应事务中由客户端生成，服务器回复携带
- 指示事务中由发送方生成，用于调试和防攻击

示例：

  • Binding 请求：类 = 0b00，方法 = 0x0001 → 消息类型 = 0x0001
  • Binding 成功响应：类 = 0b10，方法 = 0x0001 → 消息类型 = 0x0101

3.3 属性

格式：每个属性由 2 字节类型、2 字节长度、可变长度值 组成，值需填充至 4 字节边界（填充字节置 0）。

分类：

  • 必须理解属性（0x0000-0x7FFF）：若不支持则无法处理消息，如 MAPPED-ADDRESS、ERROR-CODE。
  • 可选理解属性（0x8000-0xFFFF）：不支持时可忽略，如 SOFTWARE、ALTERNATE-SERVER。

 

Type属性名含义
0x0001MAPPED-ADDRESS客户端在服务器端看到的 NAT 后的反射地址，包含 IP 地址和端口。用于帮助客户端发现自己的公共 IP 地址和端口。仅用于兼容 RFC 3489 客户端，新协议推荐使用 XOR-MAPPED-ADDRESS 防 NAT ALG 篡改。
0x0006USERNAME用于消息完整性检查和认证过程的用户名，标识消息完整性验证中使用的用户名，该值为可变长度的 UTF-8 编码序列，且需经过OpaqueString 处理（基于 RFC 8265，非 SASLprep），用于短期 / 长期凭证的用户名标识。
0x0008MESSAGE-INTEGRITY包含 STUN 消息的 HMAC-SHA1 哈希值（20 字节），用于确保消息在传输过程中未被篡改，保证消息的完整性和真实性。
0x0009ERROR-CODE用于错误响应消息，包含一个 300 到 699 范围内的数字错误代码，以及一个 UTF-8 编码的文本短语，用于描述错误的具体信息。
0x000AUNKNOWN-ATTRIBUTES当服务器收到包含其不识别属性的 STUN 消息时，会在错误码为 420 的错误响应中使用该属性列出这些未知属性的类型。
0x0014REALM可出现在请求和响应消息中，包含符合特定语法的文本，用于长期凭据认证。它是一个 UTF-8 编码序列，长度少于 128 个字符，且经过 SASLprep 处理，出现该字段表示使用长期凭据认证方式。
0x0015NONCE由服务器生成的一个可变长度的不透明值，用于防止重放攻击。客户端在后续请求中需要包含相同的 NONCE 值，服务器通过检查 NONCE 值确保消息的新鲜性和唯一性。需 UTF-8 编码且经 SASLprep 处理。
0x0020XOR-MAPPED-ADDRESS与 MAPPED-ADDRESS 作用相同，不同点是 IP 地址经过了异或（XOR）处理。解决 ALG 篡改地址和端口的问题。
0x0024PRIORITY在 ICE（交互式连接建立）过程中，用于指示候选地址的优先级。客户端会收集多个候选地址，每个地址都有对应的优先级，服务器或对端可根据该优先级决定优先使用哪个候选地址建立连接。RFC 8445 ICE 扩展定义。
0x0025USE-CANDIDATE用于通知对端立即使用指定的 ICE 候选地址对进行连接，跳过部分候选地址筛选和验证过程，加速连接的建立。RFC 8445 ICE 扩展定义。
0x001CMESSAGE-INTEGRITY-SHA256与 MESSAGE-INTEGRITY 类似，但使用 SHA256 算法计算消息的 HMAC 哈希值，提供更高的安全性，用于保证消息的完整性。
0x001DPASSWORD-ALGORITHM用于指定认证过程中所使用的密码算法，告知对端采用何种加密算法对密码进行处理和验证。
0x001EUSERHASH对用户名进行哈希处理后的值，用于在不直接传输明文用户名的情况下进行用户标识和认证，增强了用户信息的安全性。
0x8002PASSWORD-ALGORITHMS列出服务器支持的所有密码算法，客户端可以根据这些信息选择合适的算法进行认证。
0x8003ALTERNATE-DOMAIN提供一个备用的域名，用于在主域名不可用时作为替代，可能用于引导客户端到备用的服务或资源。
0x8022SOFTWARE携带生成该 STUN 消息的软件或设备的相关信息，如软件名称、版本号等，有助于网络故障排查和统计分析。
0x8023ALTERNATE-SERVER提供备用的 STUN 或 TURN 服务器地址，当主服务器不可用时，客户端可以尝试连接这些备用服务器。
0x8028FINGERPRINT对消息计算的 CRC-32 值，用于快速验证消息完整性。接收方重新计算 CRC-32 值并与该属性值比较，若一致则消息未被篡改。
0x8029ICE-CONTROLLED在 ICE 连接建立过程中，标识一个端点处于受控（Controlled）角色，该端点需遵循控制者端点的决策来建立连接。RFC 8445 ICE 扩展定义。
0x802AICE-CONTROLLING在 ICE 连接建立过程中，标识一个端点处于控制（Controlling）角色，该端点负责协调和决定使用哪个候选地址对来建立连接。RFC 8445 ICE 扩展定义。
0x8000-0xFFFF可选的理解属性类型值在 0x8000 和 0xFFFF 之间的属性是可选的理解属性，这意味着这些属性如果 STUN 代理不理解它们，则可以忽略它们。

3.4 STUN消息处理与边界检测

  1. 头部校验：接收方需验证：
    • 前 2 位为 0，Cookie 为 0x2112A442，消息长度合理。
    • 方法是否支持，类是否匹配方法（如指示类不可用于某些扩展方法）。
  2. 属性解析：
    • 按顺序处理属性，重复属性仅处理首个（除非规范另有说明）。
    • 必须理解属性缺失或无法解析时，返回 420 Unknown Attribute 错误。
  3. 事务关联：通过事务 ID 匹配请求与响应，指示消息无需响应但需校验事务 ID 有效性。

3.5 举例

Binding 请求（无认证）

  • 头部：消息类型 = 0x0001（请求），长度 = 0，魔术 Cookie=0x2112A442，事务 ID = 随机 96 位值。
  • 属性：无（或含 SOFTWARE 等可选属性）。

Binding 成功响应

  • 头部：消息类型 = 0x0101（成功响应），长度 = 属性总长度。
  • 属性：必须包含 XOR-MAPPED-ADDRESS（含客户端公网地址和端口）。

4. 基本协议程序

消息构造与传输规则（6.1-6.2）

"客户端应以RTO（“重新传输超时”）的间隔开始重新传输STUN请求消息，每次重新传输后加倍。RTO是对往返时间（RTT）的估计，按照RFC 2988[RFC2988]中的描述计算，但有两个例外。首先，RTO的初始值应该是可配置的（而不是RFC 2988中建议的3 s），并且应该大于500 ms。这种“应该”的例外情况是，当使用其他机制来推导拥塞阈值时（如ICE中为固定速率流定义的机制），或者在已知网络容量的非互联网环境中使用STUN。在固定线路接入链路中，建议使用500 ms的值。其次，RTO的值不应四舍五入到最接近的秒。相反，应保持1 ms的精度。与TCP一样，建议使用Karn算法[KARN87]。当应用于STUN时，这意味着RTT估计值不应根据导致请求重新传输的STUN事务计算。"

1. 传输协议支持：

  • UDP/DTLS-over-UDP： 不可靠传输，客户端需重传（初始 RTO≥500ms，指数退避，默认重传 7 次）；消息大小≤576 字节（IPv4）或 1280 字节（IPv6）。
  • TCP/TLS-over-TCP：可靠传输，依赖 TCP 层重传，客户端超时默认 39.5s；支持多事务复用（同一服务器≤10 个并发），TLS 需验证证书并禁用弱密码套件。
  • 协议复用：若与其他协议复用 TCP 连接，需通过成帧协议分割消息，知名端口（3478）的 STUN 服务无需成帧。

2. 消息接收与处理流程（6.3）

通用校验步骤：

  1. 头部验证：检查魔术 Cookie、消息长度、事务 ID 匹配及方法有效性，若启用FINGERPRINT需校验 CRC 值。
  2. 属性解析：忽略未知可选属性，若遇未知必须属性，返回420 Unknown Attribute错误并列出属性类型。

3. 按消息类处理逻辑：

  • 请求（Request）：验证通过后生成响应：成功响应含XOR-MAPPED-ADDRESS（反射地址），错误响应含ERROR-CODE（如 400/401）；UDP 重传请求需确保响应一致性（如缓存事务 ID）。
  • 指示（Indication）：无需响应，直接处理消息（如刷新 NAT 绑定），含未知必须属性则丢弃。
  • 响应（Response）：客户端校验MESSAGE-INTEGRITY，失败则按协议重传（UDP）或终止（TCP）。

4. 错误处理与重试机制

错误码分类：

  • 3xx（重定向）：如300 Try Alternate，客户端需切换至ALTERNATE-SERVER属性指定的备用服务器。
  • 4xx（客户端错误）：如401 Unauthenticated（认证失败）、438 Stale Nonce（凭证过期），需客户端重试并携带新凭证。
  • 5xx（服务器错误）：如500 Server Error，客户端可重试，但重传次数≤4 次。

5. FINGERPRINT 机制

        FINGERPRINT 机制是 STUN 的可选扩展，用于在 多协议复用同一传输地址（如 UDP 端口或 TCP 连接）时，准确区分 STUN 消息与其他协议的数据包，避免协议解析混淆。例如，当 STUN 与 RTP、SIP 等协议共享端口时，可通过该机制确保 STUN 消息被正确识别和处理。FINGERPRINT 机制不向后兼容 RFC 3489，并且不能在需要此类兼容性的环境中使用。

技术实现

属性结构：FINGERPRINT 属性为可选理解属性（类型 0x8028），需作为 STUN 消息的最后一个属性，确保校验覆盖整个消息内容。属性值为 CRC-32 校验值，计算方式为：

  1. 对消息中除 FINGERPRINT 属性本身外的所有字节计算 CRC-32
  2. CRC-32 生成多项式为        将多项式的各项系数转换为二进制（仅保留最高位至最低位的非零位），其对应的 32 位二进制掩码 为： 100000100110000010001101101100111（共 32 位，首位为 1）。）
  3. 将计算结果与固定值 0x5354554E（"STUN" 的 ASCII 码异或值）进行异或运算，得到最终属性值。

校验流程：

  1. 接收方收到消息后，先剥离 FINGERPRINT 属性，重新计算剩余内容的 CRC-32，并异或 0x5354554E。
  2. 将计算结果与属性值对比，若不一致则判定为非 STUN 消息或被篡改的消息，直接丢弃。

6. DNS Discovery of a Server 机制

1. 核心功能与用途

DNS 发现机制是 STUN 的可选扩展，用于帮助客户端通过 DNS 协议动态获取 STUN 服务器的 IP 地址和端口号，避免硬编码服务器地址，提升协议的灵活性和可维护性。适用于客户端无法预先知晓服务器地址的场景（如公共互联网环境）。

2. STUN URI 方案

URI 格式：

  • stun://：用于普通 UDP/TCP 连接的 STUN 服务器（非加密）。
  • stuns://：用于 TLS-over-TCP 或 DTLS-over-UDP 连接的加密 STUN 服务器。

语法规则：

  • 示例：stun:stun.example.com:3478 或 stuns:stun-secure.example.com:5349。
  • 若 URI 包含 IP 地址（如 stun:192.168.1.1:3478），客户端直接连接；若包含域名（如 stun.example.com），需通过 DNS 解析。

3. DNS 解析流程

3.1 SRV 记录优先

客户端首先查询 DNS SRV 记录，格式为：

  • <scheme>：stun 或 stuns（对应 URI 方案）。
  • <protocol>：udp 或 tcp（传输协议）。
  • 示例：查询 _stun._udp.example.com 获得 UDP 协议的 STUN 服务器地址和端口。
  • SRV 记录返回优先级（Priority）、权重（Weight）和目标地址（Target），客户端按优先级和权重选择服务器。
  • _<scheme>._<protocol>.example.com

3.2 直接查询 A/AAAA 记录

若 SRV 记录不存在，客户端查询域名的 A 记录（IPv4） 或 AAAA 记录（IPv6），使用默认端口：

  • UDP/TCP：3478。
  • TLS/DTLS：5349。

双栈客户端需同时查询 A 和 AAAA 记录，尝试所有地址。

4. 传输协议与端口

默认端口：

协议类型普通连接（stun://）加密连接（stuns://）
UDP/TCP3478不适用
TLS-over-TCP不适用5349
DTLS-over-UDP不适用5349

端口复用：服务器可在同一端口支持多种协议（如 UDP 和 DTLS 共用 5349 端口），通过初始消息类型区分。

7. 加密认证与消息完整性机制

1. 核心目标与机制概述

STUN 定义两种认证与消息完整性机制，用于防范中间人攻击、消息篡改和重放攻击，确保通信双方身份可信及数据完整。

  • 适用场景：
    • 短期凭证：临时会话（如 ICE 连接）。
    • 长期凭证：固定用户身份（如企业认证）。
  • 关键属性：USERNAME（用户名）、MESSAGE-INTEGRITY（HMAC 哈希）、NONCE（防重放随机值）。

2. 短期凭证机制（Short-Term Credential Mechanism）

2.1 核心流程与机制

  1. 带外密钥协商

    • 客户端与服务器通过非 STUN 协议的安全渠道（例如 SIP 信令、WebRTC 信令）提前共享短期有效的用户名（USERNAME）和密码（PASSWORD）。
    • 凭证时效性：凭证仅在特定时间段或会话周期内有效（如媒体会话期间），超时后自动失效，降低泄露风险。

  2. 消息完整性校验

    • HMAC 算法：使用HMAC-SHA1或HMAC-SHA256算法计算消息的完整性校验值，具体取决于协商的算法。
    • 属性携带：
      • 客户端请求中必须包含：
        • USERNAME属性（UTF-8 编码的用户名，经 OpaqueString 处理）。
        • MESSAGE-INTEGRITY（HMAC-SHA1 结果，20 字节）或MESSAGE-INTEGRITY-SHA256（HMAC-SHA256 结果，≥16 字节且为 4 的倍数）。
      • 服务器响应中需包含对应的完整性属性（但不包含USERNAME，避免明文传输）。

  3. 密钥生成规则

    • 密钥直接由密码的 UTF-8 字节序列生成：
      key=OpaqueString(password)
    • 无需复杂的挑战响应流程，直接通过预共享密钥计算 HMAC 值，提升认证效率。

2.1 关键处理逻辑

客户端发送请求： 构造 STUN 消息时，将USERNAME和完整性属性附加到消息中。例如，在 Binding 请求中，客户端通过带外获取的用户名和密码生成 HMAC 值，填入MESSAGE-INTEGRITY-SHA256属性。

服务器验证流程：

  1. 提取USERNAME和完整性属性，验证用户名是否在有效期内。
    1. 如果消息不同时包含消息完整性和用户名属性：
      1. 如果消息是请求，则服务器必须以错误响应拒绝该请求。此响应必须使用错误代码400（错误请求）。
      2. 如果消息是一个指示，则代理必须以静默方式放弃该指示。
  2. 使用相同的密码和算法重新计算 HMAC 值，与消息中的属性值对比：
    • 一致：认证通过，代理将继续处理请求或指示。服务器生成的任何响应都必须包含MESSAGE-INTEGRITY属性，该属性使用用于验证请求的密码进行计算。响应不能包含USERNAME属性。
    • 不一致：返回401 Unauthenticated错误，拒绝请求。
    • 如果消息是一个指示，则代理必须以静默方式放弃该指示。

客户端收到答复

客户端在响应中查找MESSAGE-INTEGRITY属性。如果存在，客户端将使用其用于请求的相同密码，按照第15.4节中的定义计算响应上的消息完整性。如果结果值与MESSAGE-INTEGRITY属性的内容匹配，则认为响应已通过身份验证。如果值不匹配，或者缺少消息完整性，则必须丢弃响应，就像从未收到响应一样。这意味着重新传输（如果适用）将继续。
 

3. 长期凭证机制

长期凭证机制（Long-Term Credential Mechanism）是一种基于预共享密钥的认证方式，适用于需要长期固定身份验证的场景（如企业用户、服务订阅者）。其核心是通过挑战 / 响应流程和密码算法协商，确保通信双方身份可信及消息完整性，同时防范重放攻击和算法降级攻击。

1. 凭证来源与特性

  • 预共享凭证： 客户端与服务器通过带内或带外渠道预先配置用户名（USERNAME）和密码（PASSWORD），凭证长期有效（如用户注册时生成），直至用户主动修改或服务终止。
  • 适用场景： 企业网络、需要用户登录的服务（如 VoIP 运营商），或需长期维护信任关系的通信场景。

2. 认证流程：挑战 / 响应模式

第一步：未认证请求（首次交互）

  • 客户端发送不含认证属性的 STUN 请求（如 Binding 请求）。
  • 服务器返回 **401 Unauthenticated错误响应 **，附带：
    • REALM属性：认证域（如example.com），指示用户使用的凭证范围。
    • NONCE属性：服务器生成的防重放随机值，包含安全特征位（如支持的密码算法标识）。

第二步：携带凭证的二次请求

客户端收到挑战后，生成认证信息：

  1. 用户名处理：
    • 明文USERNAME或哈希值USERHASH（SHA-256(USERNAME:REALM)，避免明文传输）。
  2. 密钥生成：
    • 根据协商的密码算法（如 MD5、SHA-256），生成 HMAC 密钥：
  3. 完整性校验：
    • 使用密钥计算消息的MESSAGE-INTEGRITY或MESSAGE-INTEGRITY-SHA256，覆盖请求头部、REALM、NONCE等属性。

客户端重新发送请求，包含USERNAME/USERHASH、REALM、NONCE及完整性属性。

第三步：服务器验证

服务器校验：

  1. NONCE有效性：检查是否为近期生成，未被篡改（通过安全特征位匹配协商的算法）。
  2. HMAC 一致性：使用相同算法和密钥重新计算 HMAC，与请求中的完整性属性对比。

验证通过：返回成功响应；失败：返回401或438 Stale Nonce（NONCE 过期，需重试）。

3. 长期凭证 安全增强机制

(1) 防重放与防降级攻击

  • NONCE 的安全特征位：

    • NONCE 前缀包含obMatJos2+ 安全特征位编码（如Bit 0表示支持密码算法协商），防止中间人删除强算法属性（如强制使用 MD5）。

    • 若客户端发现响应中PASSWORD-ALGORITHMS与 NONCE 特征位矛盾，终止会话。

(2) 密码算法协商

  • 算法列表： 服务器通过PASSWORD-ALGORITHMS属性声明支持的算法（如MD5、SHA-256），客户端通过PASSWORD-ALGORITHM选择其一。

  • 推荐算法：

    • 优先使用SHA-256，因其抗碰撞性优于 MD5；MD5 仅用于兼容旧系统。

(3) 用户名匿名化

  • 使用USERHASH替代USERNAME：避免在网络中传输明文用户名，降低身份泄露风险。

4. 消息完整性计算示例

假设使用 SHA-256 算法：

服务器收到后，用相同密钥和算法重新计算，验证是否一致。

5. 与短期凭证机制的对比

特性长期凭证机制短期凭证机制
凭证生命周期长期有效（用户级）短期有效（会话级）
认证流程挑战 / 响应（需 2 次消息往返）直接携带凭证（1 次往返）
安全强度高（支持算法协商 + 防降级）中（依赖带外渠道安全性）
适用场景企业认证、固定用户临时会话、实时通信

总结

长期凭证机制通过预共享密钥和挑战响应流程，为需要长期信任关系的场景提供了可靠的认证方案。REALM、USERNAME、 NONC（领域 - 身份 - 会话）其核心优势在于支持密码算法协商、防重放攻击和用户名匿名化，同时通过 NONCE 的安全特征位抵御中间人攻击。尽管流程较短期凭证复杂，但适用于对安全性要求较高的企业级部署，是 STUN 协议在身份认证领域的重要扩展。

涉及相关知识

Karn 算法

Karn 算法是用于 TCP（传输控制协议）中往返时间（RTT，Round-Trip Time）测量和估计的一种算法。它主要用于解决在 TCP 重传时如何准确估计 RTT 的问题。

Karn 算法的核心思想是：在数据包重传时，不使用重传后接收到的 ACK 来更新 RTT 估计。具体来说，当数据包被重传后，接收到的 ACK 不能用于测量 RTT，因为无法确定该 ACK 是对原始传输还是重传的响应。

Karn 算法的具体步骤

  1. 初始传输：当一个数据包首次传输时，记录发送时间，并启动超时计时器。

  2. 接收 ACK：如果在超时时间内接收到 ACK，使用该 ACK 来更新 RTT 估计。

  3. 超时重传：如果超时时间到达且未接收到 ACK，重传数据包，并重置超时计时器。

  4. 处理重传后的 ACK：

    1. 当接收到 ACK 时，如果该 ACK 确认的是重传的数据包，则不使用该 ACK 来更新 RTT 估计。

    2. 如果该 ACK 确认的是原始传输的数据包，则可以使用该 ACK 来更新 RTT 估计。

Karn 算法的优点

  • 提高 RTT 估计的准确性：避免了因重传导致的 RTT 样本不准确的问题，从而提高了 RTT 估计的准确性。

  • 稳定性：通过避免使用重传后的 ACK 来更新 RTT 估计，减少了因网络抖动或丢包导致的 RTT 估计波动。

Karn 算法的限制

  • 无法处理所有情况：在某些情况下，例如网络中存在重复 ACK 或部分确认时，Karn 算法可能无法完全避免 RTT 估计的不准确。

  • 依赖于其他机制：Karn 算法通常与其他机制（如 duplicated ACK 检测）结合使用，以进一步提高 RTT 估计的准确性。

Karn 算法的总结

Karn 算法通过避免使用重传后的 ACK 来更新 RTT 估计，提高了 RTT 估计的准确性。这对于 TCP 的拥塞控制和流量控制非常重要，因为它可以更准确地反映网络的实际延迟情况，从而更好地适应网络条件的变化。

HMAC

在 RFC 8489 中，HMAC（Hash-Based Message Authentication Code）用于实现 消息完整性校验 和 身份认证，确保 STUN 消息在传输中未被篡改，并验证通信方身份。以下是文档中关于 HMAC 计算的核心内容：

1. 核心用途与算法支持

用途：

  • 验证消息完整性：确保消息在传输过程中未被中间人篡改。
  • 认证通信方：通过共享密钥（密码）证明发送方身份。

支持的算法：

  • HMAC-SHA1（20 字节，用于 MESSAGE-INTEGRITY 属性）。
  • HMAC-SHA256（≥16 字节，用于 MESSAGE-INTEGRITY-SHA256 属性）。
  • 长期凭证机制中支持 MD5 等算法（通过 PASSWORD-ALGORITHM 属性协商）。
特性SHA1SHA256
哈希长度160 位（20 字节）256 位（32 字节）
抗碰撞性已被证明存在碰撞风险，不安全尚未被攻破，符合现代安全标准
文档推荐性仅用于兼容旧版本优先使用，尤其是敏感场景
防降级攻击可被中间人强制使用（需额外防护）通过Nonce安全特征位抵制降级攻击

2. 短期凭证机制中的 HMAC 计算

2.1 密钥生成

        密钥来源： 密钥为客户端与服务器通过带外协商的 密码（Password），经 UTF-8 编码后直接使用，不进行额外处理：key=OpaqueString(password),OpaqueString 指直接使用字节序列，不进行 Unicode 规范化（RFC 8265）。

2.2 输入数据范围

计算对象：除 MESSAGE-INTEGRITY/MESSAGE-INTEGRITY-SHA256 属性本身外的整个 STUN 消息。

步骤：

  1. 构造消息时，先预留完整性属性位置（长度字段设为 0，值设为 dummy）。
  2. 计算 HMAC 值，覆盖头部、其他属性及预留字段。
  3. 将计算得到的 HMAC 值填入属性，并更新消息长度字段。
2.3 示例公式

若使用 HMAC-SHA256：

结果需至少 16 字节，且为 4 的倍数（如 32 字节）。

3. 长期凭证机制中的 HMAC 计算

3.1 密钥生成（以 MD5 为例）

步骤：

  1. 将 用户名（Username）、域（Realm）、密码（Password） 拼接为字符串：username:realm:password。
  2. 计算拼接字符串的 MD5 哈希，生成 16 字节密钥：

算法协商： 通过 PASSWORD-ALGORITHMS（服务器支持列表）和 PASSWORD-ALGORITHM（客户端选择）指定算法（如 SHA-256）。

3.2 输入数据与计算逻辑

与短期凭证类似，但需包含 NONCE、REALM 等认证相关属性。

防重放机制： 服务器生成的 NONCE 包含安全特征位，确保 HMAC 计算与当前会话绑定，防止重放攻击。

4. 关键处理规则

4.1 消息长度调整

计算 HMAC 前，需将消息长度字段临时设置为 包含完整性属性占位符的长度，计算完成后再更新为实际值。示例：

  • 原始消息长度为 L（不含完整性属性），占位符长度为 4（类型 + 长度字段），临时长度设为 L+4，最终填入 L+4+N（N 为 HMAC 值长度）。
4.2 响应中的 HMAC 回显

服务器响应必须包含与请求匹配的完整性属性（如请求使用 MESSAGE-INTEGRITY-SHA256，响应也需包含该属性）。

响应中 不包含 USERNAME，避免明文传输用户身份信息。

5. 安全与兼容性

防降级攻击： 通过 NONCE 中的安全特征位（如 Password algorithms 位）标识支持的算法，防止中间人强制使用弱算法（如 MD5）。

兼容性：

  • 旧版本客户端可能仅支持 HMAC-SHA1，需通过协议协商兼容。
  • 新版本推荐使用 HMAC-SHA256，满足更高安全要求。

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