[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

权利要求书

1.一种量子密码在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；

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；

所述步骤A中，通过量子密钥分发设备实现所述分发；所述共享秘密为于通信双方之间建立的量子共享秘密QSS；所述分发包括：启动量子密钥分发时，先检验存储器中的密钥量是否满足任务的需要，若满足，则直接调用存储器中的密钥；否则开始所述密钥分发；

所述步骤B-2采用步骤A建立的所述共享秘密；该步骤包括：发起者发送表示QSS编号的QSS_ID至响应者，响应者回复表示该QSS状态的QSS_Stat值，以协商双方使用的所述共享秘密；

所述步骤B-1包括：发起者通过报文1向响应者提供安全关联负载SAi，该SAi包括算法的提议和变换；响应者选择所述提议和变换生成自己的安全关联负载SAr，并通过报文2返回至发起者确认；所述报文1和报文2的报文头分别包括随机数Ci和Cr；

所述密钥参数包括：SKYEYID、SKEYID_d、SKEYID_a和SKEYID_e；所述SKYEYID为IQKE SA的基本密钥参数；所述SKEYID_a为用于验证IQKE SA消息完整性以及数据源身份的工作密钥；所述SKEYID_e为用来保护IQKE SA消息机密性的工作密钥；所述SKEYID_d用于产生会话密钥；其计算公式如下：

SKEYID＝prf(PSK，Ni|Nr)；

SKEYID_d＝prf(SKEYID，QSS|Ci|Cr|0)；

SKEYID_a＝prf(SKEYID，SKEYID_d|Ci|Cr|1)；

SKEYID_e＝prf(SKEYID，SKEYID_a|Ci|Cr|2)；

式中，prf是伪随机函数，Ni和Nr是用于防止重放攻击的随机数；PSK为预共享密钥，其包括量子共享秘密QSS；

所述生成会话密钥用下式表达：

KEYMAT＝prf(SKEYID_d，QSS|protocol|SPI|Ni|Nr)；

式中，protocol和SPI从协商得到的ISAKMP建议载荷中选取；会话密钥按照算法要求的长度从KEYMAT中依次选取，所述会话密钥包括：用于加密的会话密钥和用于完整性校验的会话密钥。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤B-3中的所述认证通过对称密码算法加密，且密钥使用SKEYID_e；所述步骤B-3交换的消息中包括发起者计算的散列值HASHi和响应者计算的散列值HASHr。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤C中，所述IPSec SA于所述IQKE SA的保护下建立，其包括：IPSec协议、加密和认证算法、会话密钥、安全索引参数SPI以及随机函数nonce；所述IPSec协议包括：ESP、AH；所述IPSec SA协商包括双方交换保护需求，该步骤包括：发起者发送QSS的编号QSS_ID和数目N，响应者收到后回复表示目前密钥存储器的状态信息的QSS_Stat值。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述共享策略包括是否使用OTP算法。