[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

摘要

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。

主权项

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。