A security architecture for a peer-to-peer video conference system

Eine Sicherheitsarchitektur für ein Peer-to-Peer-Videokonferenzsystem

  • More and more modern group oriented collaborative applications use the peer-to-peer (P2P) paradigm to be independent of expensive infrastructures as they are, for instance, provided for audio and video conferences by H.323 systems. Decentralized P2P systems better support spontaneity and mobility to set up meetings at varying locations or in ad hoc environments. This is especially advantageous for business communication over the Internet but also for other collaborative applications such as audio/video conferences. Decentralized collaborative P2P solutions require appropriate mechanisms to protect group privacy and data integrity. The broadly available security infrastructures, like virtual private networks (VPN) in the link, network, and transport layer, do not well fulfill the requirements regarding security, efficiency, and flexibility raised by a conferencing system. A dedicated security architecture in the application layer is, therefore, highly desired for protecting a P2P video conference. A centralized client/server basedMore and more modern group oriented collaborative applications use the peer-to-peer (P2P) paradigm to be independent of expensive infrastructures as they are, for instance, provided for audio and video conferences by H.323 systems. Decentralized P2P systems better support spontaneity and mobility to set up meetings at varying locations or in ad hoc environments. This is especially advantageous for business communication over the Internet but also for other collaborative applications such as audio/video conferences. Decentralized collaborative P2P solutions require appropriate mechanisms to protect group privacy and data integrity. The broadly available security infrastructures, like virtual private networks (VPN) in the link, network, and transport layer, do not well fulfill the requirements regarding security, efficiency, and flexibility raised by a conferencing system. A dedicated security architecture in the application layer is, therefore, highly desired for protecting a P2P video conference. A centralized client/server based video conference system can be well shielded in a standard manner, whilst there exist no off-the-shelf approaches to specifying how to secure a P2P video conference up to now. This Ph.D. thesis addresses this urgent issue by presenting an effective and flexible security architecture and showing how it can be embedded into a P2P video conferencing system using the BRAVIS system as example. The cornerstone of the security architecture is the decentralized group key management. For this purpose, a new distributed key exchange protocol has been proposed. It is especially well suited for applications in real-time P2P settings for its higher efficiency than existing ones concerning the group key renewal delay. Furthermore, a novel video encryption algorithm has been developed to meet the strict real-time constraints required in a video conference. Its outstanding features include a good balance between security and efficiency, no impairment on video compression efficiency, and readily integration into the existing multimedia systems. These make it more practicable to encrypt video data than existing approaches.show moreshow less
  • Mehr und mehr moderne gruppenorientierte und kollaborative Applikationen nutzen das Peer-to-Peer (P2P)-Prinzip. Es bietet gegenüber dem zentralistischen Client/Server-Ansatz den Vorteil einer größeren Unabhängigkeit von einer möglicherweise teuren Infrastruktur, wie sie z. B. für Audio- und Videokonferenzen nach den H.32x-Standards erforderlich ist. Dezentrale P2P-Lösungen unterstützen besser die Spontaneität und Mobilität der Nutzer. Sie erlauben es, Sitzungen an unterschiedlichen Orten oder in Ad hoc-Umgebungen abzuhalten. Dies ist insbesondere für die geschäftliche Kommunikation über das Internet aber auch für andere kollaborative Anwendungen wie Audio/Video-Konferenzen von Vorteil. Dezentralisierte kollaborative P2P-Lösungen erfordern geeignete Mechanismen, um die Privatheit der Gruppen und Integrität der Daten abzusichern. Vorhandene Sicherheitsinfrastrukturen wie Virtuelle Private Netze (VPN) erfüllen nicht ausreichend die Anforderungen bezüglich Sicherheit, Effizienz und Flexibilität, die an ein Konferenzsystem gestellt werden.Mehr und mehr moderne gruppenorientierte und kollaborative Applikationen nutzen das Peer-to-Peer (P2P)-Prinzip. Es bietet gegenüber dem zentralistischen Client/Server-Ansatz den Vorteil einer größeren Unabhängigkeit von einer möglicherweise teuren Infrastruktur, wie sie z. B. für Audio- und Videokonferenzen nach den H.32x-Standards erforderlich ist. Dezentrale P2P-Lösungen unterstützen besser die Spontaneität und Mobilität der Nutzer. Sie erlauben es, Sitzungen an unterschiedlichen Orten oder in Ad hoc-Umgebungen abzuhalten. Dies ist insbesondere für die geschäftliche Kommunikation über das Internet aber auch für andere kollaborative Anwendungen wie Audio/Video-Konferenzen von Vorteil. Dezentralisierte kollaborative P2P-Lösungen erfordern geeignete Mechanismen, um die Privatheit der Gruppen und Integrität der Daten abzusichern. Vorhandene Sicherheitsinfrastrukturen wie Virtuelle Private Netze (VPN) erfüllen nicht ausreichend die Anforderungen bezüglich Sicherheit, Effizienz und Flexibilität, die an ein Konferenzsystem gestellt werden. Eine anwendungsbezogene Sicherheitsarchitektur ist daher in hohem Maße für den Schutz von P2P-Videokonferenzen wünschenswert. Für den Schutz zentralisierter Client/Server-Videokonferenzsysteme existieren bereits standardisierte Lösungen, während es für P2P-Videokonferenz noch keine Standardverfahren gibt. Die vorliegende Dissertationsschrift widmet sich diesem wichtigen Thema ein. Sie stellt eine wirkungsvolle und flexible Sicherheitsarchitektur vor und zeigt am Beispiel des Videokonferenzsystems BRAVIS, wie sie in ein P2P-Videokonferenzsystem eingebettet werden kann. Grundstein der Sicherheitsarchitektur ist das dezentralisierte Gruppenschlüsselmanagement. Hierfür wird ein neues verteiltes Schlüsselaustauschprotokoll vorgeschlagen, das besonders den Anforderungen von Realzeit-P2P-Anwendungen angepasst wurde. Es besitzt eine höhere Effizienz als existierende Schlüsselaustauschprotokolle für die Gruppenschlüsselerneuerung. Weiterhin wird ein neuartiger Videoverschlüsselungs-Algorithmus vorgestellt, der den strengen Realzeitbedingungen einer Videokonferenz gerecht wird. Seine hervorzuhebenden Merkmale sind ein guter Abgleich zwischen Sicherheit und Leistungsfähigkeit, keine Beeinträchtigung der Videokompressionsleistung und einfache Integration in vorhandene Multimediasysteme. Diese Eigenschaften machen ihn praktikabler für das Verschlüsseln von Videodaten als existierende Ansätze.show moreshow less

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Metadaten
Author: Liu, Fuwen
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-445
Referee / Advisor:Prof. Dr.-Ing. König, Hartmut
Document Type:Doctoral thesis
Language:English
Year of Completion:2006
Date of final exam:2006/12/04
Release Date:2007/01/23
Tag:Gruppenschlüsselverwaltung; Peer-to-Peer; Sicherheitsarchitektur; Videokonferenz; Videoverschlüsselung
Group key management; Peer-to-Peer; Security architecture; Video conference; Video encryption
GND Keyword:Computersicherheit; Peer-to-Peer-Netz; Videokonferenz
Institutes:Fakultät 1 MINT - Mathematik, Informatik, Physik, Elektro- und Informationstechnik / FG Rechnernetze und Kommunikationssysteme
Institution name at the time of publication:Fakultät für Mathematik, Naturwissenschaften und Informatik (eBTU) / LS Rechnernetze und Kommunikationssysteme