量子安全 IPsec VPN

量子安全概述

IPsec 通信通道依赖于互联网密钥交换 （IKE） 协议。IKE 维护安全参数以保护数据流量。安全参数包括加密和身份验证算法以及关联的密钥。

安全协议依赖于非对称加密算法，如Diffie Hellman（DH）或椭圆曲线Diffie Hellman（ECDH）来确定密钥容易受到攻击。

为避免安全攻击， RFC8784 引入了带外方法。带外方法在发起方和响应方处添加一个密钥。密钥是后量子预共享密钥 （PPK）。

• 除了 IKEv2 中的身份验证方法之外，您还可以使用 PPK。

• PPK 可为初始协商的 IPsec SA 中的任何子 SA 以及任何后续的 IPsec SA 提供量子抵抗力。

• 使用 PPK 和对等身份验证密钥，发起方和响应方可以检测到密钥不匹配。

Junos 密钥管理器概述

您可以使用 Junos 密钥管理器 （JKM） 配置静态密钥或动态密钥来保护数据平面和控制平面。

JKM 进程充当客户端或加密应用程序之间的密钥存储和代理。客户端或加密应用程序需要一个密钥来与对等方或应用程序建立加密且经过身份验证的量子安全会话。量子保险箱使用带外密钥检索机制，让两个对等方拥有密钥。不同的带外机制将具有不同的协议或通信方法。JKM 为客户端或加密应用程序提供了一个通用的统一接口进行通信。

密钥检索机制

IKED 进程中的两种带外密钥检索机制，用于与量子安全 IKE 和 IPsec SA 进行协商。

• 静态密钥 — 使用静态密钥配置文件，您可以配置静态密钥 ID 和相应的密钥。每次通过静态密钥配置文件向 JKM 发出请求时，都会生成相同的静态密钥 ID 和密钥。

• 量子密钥管理器 — 使用量子密钥管理器密钥配置文件，您可以访问量子密钥分发 （QKD） 设备和量子网络。量子网络在对等方之间生成和交换量子密钥。每次通过量子密钥管理器密钥配置文件向 JKM 发出请求时，都会生成不同的密钥 ID 和密钥。

将密钥配置文件用于量子安全 IPsec VPN

使用静态密钥配置文件，您可以配置静态密钥 ID 和相应的密钥。要建立量子安全 IPsec SA，请在 IPsec-VPN 配置中使用静态密钥配置文件作为后量子预共享密钥 （PPK） 配置文件。使用相同的密钥和密钥 ID 重新验证现有 IKE SA。

使用量子密钥管理器密钥配置文件，要访问量子网络，您需要访问 QKD 设备。量子网络在对等方之间生成和交换量子密钥。您可以配置所有必要的参数，例如本地 SAE ID、QKD 设备的 URL 等。要建立 IPsec SA，请在 IPsec VPN 配置中使用量子密钥管理器密钥配置文件作为后量子预共享密钥 （PPK） 配置文件。使用不同的密钥和密钥 ID 重新验证现有 IKE SA。

量子密钥分发

量子密钥分发 （QKD） 是一种使用量子的安全密钥分发方法。网络使用量子通道在两端生成相同的密钥，并监控对等方之间的量子通道。这些密钥是动态的，用于保护数据平面和控制平面。

密钥管理实体 （KME） 是我们用来指代管理或控制层上的 QKD 设备的术语。QKD 设备通过其量子或 QKD 网络相互连接。KME 通过安全通道在公共网络上进行连接，以交换任何控制消息。应用程序、安全应用程序实体 （SAE） 和设备通过符合 ETSI 规范的安全通道与 KME 交互。HTTPS 与相互 TLS 身份验证相结合，并通过 QKD 网络实现安全操作。

在 图 1 中，介绍了两台设备如何与其对应的 QKD 设备交互以建立量子安全会话

• SAE A 角色是主要角色。SAE A 充当与 SAE B 建立量子安全会话的发起方。

• SAE B 角色是次要角色。SAE B 充当响应方。

• SAE A 通过获取密钥 API 请求 KME A，以生成新的量子密钥，并与目标 SAE ID 的 SAE B 共享。

• KME A 执行操作，并使用生成的密钥 ID 和密钥材料响应 SAE A。

• KME B 通过 QKD 网络接收密钥材料和生成的 ID 密钥。

• SAE A 使用相同的密钥和密钥 ID 直接启动与 SAE B 的安全会话。

• 消息交换可与 SAE B 建立安全会话。

• SAE A 以明文形式发送密钥 ID，或者针对用于保护与 SAE B 的会话的相应量子密钥进行加密。

• SAE B 收到密钥 ID 后，SAE B 会通过包含 ID 的获取密钥 API 联系 KME B，以获取给定密钥 ID 和目标 SAE ID 或 SAE A 的相应量子密钥。

• SAE B 获得密钥后，将在 SAE A 和 SAE B 之间建立完全量子安全会话。