【ZeroRange WebRTC】WebRTC 加密安全总览：对称/非对称、数字签名、证书、SHA/HMAC、随机数
WebRTC 加密安全总览：对称/非对称、数字签名、证书、SHA/HMAC、随机数
本文从工程实战视角，系统总结这些密码学组件在 WebRTC 中的职责与协同：
- 对称加密（AES-GCM/ChaCha20-Poly1305）
- 非对称（RSA/ECDSA/Ed25519、ECDH/ECDHE）
- 数字签名（RSA-PSS/ECDSA/Ed25519）
- X.509 证书与指纹（a=fingerprint）
- 哈希（SHA-256/512/3）与 HMAC（TURN 临时凭证等）
- 安全随机数与熵源（密钥与 nonce）
并明确它们在“信令、握手、媒体、数据通道、穿透中继”各阶段的应用与最佳实践。
总体图：原语 → 构造 → 协议 → 应用
阶段映射：WebRTC 的“从协商到传输”
- 信令（WSS/HTTPS）：
- 用短期令牌（JWT/STS/OIDC）做房间授权与身份（对称或非对称签名的令牌）；确保信令加密与鉴权，防篡改与越权。
- 传递 SDP（含 a=fingerprint、ICE 参数、候选），为后续握手钉扎证书指纹。
- 握手（DTLS）：
- 证书（X.509，自签或 CA） + 数字签名：认证身份，公开可验证。
- ECDHE 密钥协商：非对称构造共享秘密，随后派生对称会话密钥。
- 媒体（SRTP/SRTCP）：
- 对称 AEAD：首选 AES-GCM 或 ChaCha20-Poly1305，提供保密与完整性。
- 控制反馈（RTCP）：NACK/PLI/TWCC 等在加密/鉴别保护下传递。
- 数据通道（SCTP over DTLS）：
- 握手层非对称（证书签名 + ECDHE）；数据面对称（AEAD），支持可靠/不可靠、有序/无序。
- 中继与穿透（TURN）：
- 企业网络下回退 TURN TLS/443；服务器证书与 SNI；媒体仍为 SRTP（对称）。
- TURN 临时凭证：用 HMAC 生成短期用户名/口令，避免静态凭证滥用（对称认证）。
关键组件与最佳实践
- 对称加密（数据面）：
- 算法：AES-GCM（有硬件加速时优先）、ChaCha20-Poly1305（移动端或无硬件加速）。
- 注意：nonce 唯一（GCM 重复 nonce 为灾难性）；使用 AAD 认证协议头部。
- 非对称（握手与签名）：
- 算法：RSA-PSS（签名）、ECDSA（P-256）、Ed25519；密钥协商用 ECDH/ECDHE。
- 注意：避免 RSA v1.5；ECDSA 的随机数 k 不可泄露，建议 RFC 6979；按平台支持选择曲线/算法。
- 数字签名（不可否认）：
- 职责：认证“谁发的”、保证完整性、不可否认；在 TLS/DTLS 握手验证中使用。
- 与 HMAC 区别：HMAC 为对称认证，不具公开可验证，不适合法律场景。
- X.509 证书与指纹：
- 字段：SAN（域名/IP）、KU/EKU（serverAuth）、有效期、撤销（OCSP/CRL）、链完整。
- 指纹：SDP 的 a=fingerprint（证书哈希）用于握手前钉扎，必须通过安全信令传递。
- 哈希与 HMAC：
- 哈希：SHA-256/512/3；用于指纹、摘要、完整性检测（不含认证）。
- HMAC：HMAC-SHA256；用于 TURN 临时凭证、API 请求签名，提供完整性与对称认证。
- 安全随机数与熵源：
- 来源：操作系统 CSPRNG（/dev/urandom、crypto.getRandomValues）；禁止 Math.random。
- 用途：密钥、nonce、挑战值；确保不可预测与唯一性。
时序示意：从指纹到 SRTP
常见威胁与防护
- 指纹替换（MITM）：信令不安全导致 SDP 的 a=fingerprint 被替换。
- 防护：强制 WSS/HTTPS + 鉴权；后端按房间/设备白名单校验指纹；证书轮转前下发新指纹。
- 非对称旧模式与弱套件：RSA v1.5、MD5/SHA-1、RC4。
- 防护：签名用 RSA-PSS/ECDSA/Ed25519；强制 TLS ≥ 1.2；优先 AEAD（AES-GCM/ChaCha20-Poly1305）。
- GCM/ChaCha20 nonce 重复：导致密钥材料泄露或可被恢复。
- 防护：严格的计数器或随机策略保证唯一；建立监控与审计。
- HMAC 不可否认：共享密钥场景无法公开证明具体发送者。
- 防护：在需要公开可验证的场景使用数字签名；HMAC 用于双方鉴别与临时凭证。
最小配置与清单
- 信令：WSS/HTTPS + 短期令牌（JWT/STS/OIDC）；房间最小权限（join/publish/subscribe）。
- 握手：DTLS 证书 + 指纹钉扎；ECDHE；日志与失败报警。
- 媒体：SRTP AES-GCM（或 AES-CTR+HMAC）；TWCC 拥塞控制；NACK/PLI/RTX/FEC/RED。
- 中继：TURN TLS/443；HMAC 临时凭证（10–30 分钟有效）；证书与 SNI 配置正确。
- 随机：系统 CSPRNG；密钥/nonce 唯一与不可预测；定期轮转与审计。
参考与延伸
- IETF/NIST：AES-GCM、ChaCha20-Poly1305、HMAC、SHA-2/3、RSA-PSS、ECDSA/Ed25519、X.509、DTLS-SRTP。
- 工具与库：OpenSSL、libsodium、Node.js crypto、WebCrypto；TURN(coturn)，Mermaid（示意图）。
- 实践指南：OWASP ASVS/TLS 最佳实践；KMS/ACM/ACME 证书与密钥管理。
总结：WebRTC 的安全骨架是“非对称握手 + 证书与签名 + 指纹 Pinning”，建立信任与共享秘密；数据面由“对称 AEAD”高效保护媒体与数据通道；哈希与 HMAC负责指纹与临时凭证；随机数提供不可预测性与唯一性。遵循这些原则并落实到信令、握手、媒体、穿透与运维的每一步，才能在复杂网络中实现稳定、低延迟、可审计的实时传输。