[發(fā)明專利]一種基于量子密碼技術(shù)的高速密鑰切換量子安全交換機

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• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN113452512A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州本民信息科技有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于量子密碼技術(shù)的高速密鑰切換量子安全交換機設(shè)備。在以太網(wǎng)通信鏈路兩端，量子安全交換機和量子密碼系統(tǒng)連接，獲取量子密鑰，存儲在密鑰池中，并給密鑰編號。通信兩端量子安全交換機通過同步校驗，保證兩端的密鑰一致性。量子安全交換機利用獲取的密鑰供鏈路層數(shù)據(jù)加密使用，加密端完成數(shù)據(jù)加密的同時，把密鑰編號發(fā)送到解密端，解密端根據(jù)密鑰編號查找對應(yīng)的密鑰對數(shù)據(jù)進行解密。加密端可以從密鑰池中高速提取切換密鑰，可根據(jù)需要靈活設(shè)置密鑰更換模式，包括計數(shù)切換，計時切換，隨機數(shù)切換，可實現(xiàn)一包一密。解密端根據(jù)編號快速查找密鑰進行解密。本發(fā)明充分利用了量子密鑰分發(fā)技術(shù)的特點，具有密鑰更新速率高，安全性高的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子密碼技術(shù)在通信安全領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是指一種基于量子密碼技術(shù)的高速密鑰切換量子安全交換機。

背景技術(shù)

量子密碼技術(shù)使用量子攜帶和傳遞信息，基于量子力學的基本物理特性，在用戶之間實現(xiàn)不可復(fù)制、無法竊聽的量子密鑰傳輸。該技術(shù)實現(xiàn)了密鑰的實時分配和更新，密鑰傳遞安全性能夠得到根本的保證。量子安全交換機正是借助了量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)所提供的安全密鑰，實現(xiàn)信息的加密。

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)鏈路層加密技術(shù)，基于經(jīng)典的加密方法。通過算法的復(fù)雜性來保證密鑰的安全。由于密鑰獲取均基于公鑰或者是共享密鑰體系，需要進行數(shù)據(jù)交換后計算或通過密鑰協(xié)商的辦法生成密鑰，用于數(shù)據(jù)加密。一種經(jīng)典的密鑰協(xié)商過程，首先加解密兩端通過預(yù)先設(shè)置或認證獲取的方式，得到安全連接密鑰CAK；兩端通過協(xié)商決定密鑰服務(wù)端或客戶端的角色，各自通過算法生成一樣的KEK（密鑰加密密鑰）；服務(wù)端通過偽隨機算法得到KEY（加密密鑰）；服務(wù)端把KEY用KEK加密后，發(fā)送到客戶端，客戶端用KEK解密，得到KEY；兩端用KEY，對以太網(wǎng)鏈路層數(shù)據(jù)進行加解密，實現(xiàn)鏈路層安全通信。

經(jīng)典的方法，存在潛在的巨大風險，即密鑰安全性建立在運算復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，在當今飛速發(fā)展的計算能力面前，未來僅依靠運算復(fù)雜度很可能已經(jīng)不再構(gòu)成破解的障礙。 而且密鑰更新的協(xié)議交互過程復(fù)雜，計算復(fù)雜，更新需要的時間很長，更新一個密鑰的周期達到分鐘級別。如MACSEC技術(shù)，更新密鑰時，由于通信雙方?jīng)]有相同的新密鑰，需由服務(wù)端生成新的密鑰KEY，，用KEK把KEY加密后，發(fā)送給客戶端。密鑰更新過程復(fù)雜，而且KEY以密文方式在通信鏈路上傳送，存在被竊取破解的風險。因此，傳統(tǒng)的以太網(wǎng)加密協(xié)議和量子密碼技術(shù)簡單結(jié)合，存在缺陷，無法完全發(fā)揮量子密碼技術(shù)的優(yōu)勢。

本發(fā)明針對傳統(tǒng)鏈路層加密交換機的不足，通過應(yīng)用量子密碼技術(shù)，針對量子密鑰分發(fā)的特點，采用專用的鏈路層加密方法，設(shè)計出一款實現(xiàn)量子密鑰獲取，高速密鑰輪換加密的量子安全交換機，提高通信安全性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)鏈路層加密技術(shù)的缺點和不足，和量子密碼技術(shù)相結(jié)合，通過獲取量子密碼，簡化密鑰協(xié)商機制，實現(xiàn)高速密鑰輪換，發(fā)明一種量子安全交換機。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種基于量子密碼技術(shù)的高速密鑰切換量子安全交換機的技術(shù)方案為：在以太網(wǎng)通信鏈路兩端，量子安全交換機和量子密碼系統(tǒng)連接，實時獲取量子密鑰，存儲在密鑰池中，并給密鑰編號。通信兩端量子安全交換機通過同步校驗，保證兩端的密鑰一致性。量子安全交換機利用獲取的密鑰供鏈路層數(shù)據(jù)加密使用，加密端完成數(shù)據(jù)加密的同時，把密鑰編號發(fā)送到解密端，解密端根據(jù)密鑰編號查找對應(yīng)的密鑰對數(shù)據(jù)進行解密。加密端可以從密鑰池中高速提取切換密鑰，可根據(jù)需要靈活設(shè)置密鑰更換模式，包括計數(shù)切換，計時切換，隨機數(shù)切換，可實現(xiàn)一包一密，多包一密。解密端根據(jù)編號快速查找密鑰進行解密。本發(fā)明充分利用了量子密鑰分發(fā)技術(shù)的特點，具有密鑰更新速率高，安全性高的優(yōu)點。

設(shè)備的具體工作流程如下所：

1)量子安全交換機通過專用接口，接入量子密碼系統(tǒng)；

2)以太網(wǎng)通信鏈路兩端的量子安全交換機同步從量子密碼系統(tǒng)獲取絕對安全的量子密鑰；

3)鏈路兩端的量子安全交換機，通過鏈路進行同步確認，驗證密鑰一致性；