[发明专利]一种量子密码在IP安全通信中的使用方法和系统

说明书

本发明提供一种量子密码在IP安全通信中的使用方法和系统，所述方法基于ISAKMP定义的框架，包括以下步骤：分发量子密钥，建立共享秘密；进行IQKE SA协商；进行IPSec SA协商；生成会话密钥。本发明的方法和系统定义的IQKE协议采用ISAKMP定义的框架，独立于标准的IKE协议，可以避免标准IKE与QKD系统的兼容性问题，从而使得IPSec利用QKD产生的量子密钥增强其安全性成为可能；此外，IQKE协议采用QKD产生的量子密钥作为预共享密钥，无需采用经典密钥交换算法，降低密钥协商的复杂性。QIKE可以和QKD并行运行，对于低速率的QKD系统，采用密钥存储技术，对于高速QKD系统，可以实现OTP加密，实现无条件的安全性。本发明所述应用对于IP通信安全性的提升具有重要意义。

技术领域

本发明属于安全通信领域，具体涉及一种量子密码在IP安全通信中的使用方法和系统。

背景技术

虚拟专用网络（VPN）是一种在公共通信基础网络上通过逻辑方式隔离出来的网络，其效果相当于在广域网络中建立一条虚拟专用线路。VPN采用三种关键技术：加密技术、用户身份认证技术和隧道技术。其中，VPN的加密技术由IP安全协议（IPSec）实现。IPSec是由因特网标准组织的因特网工程任务组（IETF）提出的一组协议，是在因特网上实现安全数据通信的最普遍的方法。

目前，基于IPSec安全协议的VPN技术现在已经非常成熟，几乎在各行各业中都有应用。但是IPSec安全协议仅使用强的密码认证协议和传统的加密算法来保护IP通信的完整性和保密性，而这种保密性随着计算技术和密码分析技术的发展，将面临越来越严峻的安全挑战。另一方面，随着量子密码技术的迅速发展，国际上已经开始研究具有无条件安全的量子密钥分配技术（QKD）与互联网技术的融合问题。

Internet密钥交换（IKE）协议是IPSec中最重要的组成部分。在公共网络中，用IPSec保护一个IP数据包之前，必须先建立一个安全通道，也即安全联盟（SA）。密码学中规定，确保加密系统的安全，会话密钥必须动态更新，而IPSec本身不具备动态更新会话密钥的能力，从而引用了IKE协议,用于动态建立和维护SA，以实现会话密钥的动态更新。

值得注意的是，标准的IKE协议是利用Diffie-Hellman密钥交换算法在IPSec通信双方直接协商安全策略、交换安全参数、验证双方身份以及生成共享的会话密钥。Diffie-Hellman密钥交换算法是一种基于“离散对数问题”的公共密钥算法，其安全性源于在有限域上计算离散对数比计算指数更难的事实，即，安全性局限于当前的计算能力。随着高性能计算技术的发展，尤其是量子计算技术的逐步实用化，破解Diffie-Hellman算法将变得非常容易，这将直接威胁到IPSec VPN的安全性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种增强IP通信安全性的密钥交换方法和系统，其安全性不依赖于计算复杂性，可以抵御高性能计算攻击。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一方面，本发明提供一种量子密码在IP安全通信中的使用方法，该方法基于ISAKMP定义的框架；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A.分发量子密钥，建立共享秘密；

B.进行IQKE SA协商；

C.进行IPSec SA协商；

D.生成会话密钥。

优选地，所述步骤B中的IQKE SA为协商双方为保护其通信而使用的共享策略和密钥；所述步骤B包括：

B-1.协商共享策略；

B-2.交换密钥以生成密钥参数；

B-3.认证交换过程。