CN103312495A

CN103312495A - 一种成组ca的形成方法和装置

Info

Publication number: CN103312495A
Application number: CN201310257883XA
Authority: CN
Inventors: 徐鹏飞
Original assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Current assignee: New H3C Information Technologies Co Ltd
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-06-25
Also published as: CN103312495B

Abstract

本发明公开了一种成组CA的形成方法，应用于SDN网络中，所述SDN网络包括控制设备和SDN设备，该方法包括：第一SDN设备根据控制设备为同一CA中的SDN设备下发的MSK和同一CA中的所有SDN设备的媒体接入控制MAC地址拼接值，推导生成CAK名称，并保存所述CAK名称；第一SDN设备接收其他SDN设备发送的MKA报文，所述MKA报文携带其他SDN设备根据控制设备下发的MSK和MAC地址拼接值推导生成的CAK名称；第一SDN设备在接收的MKA报文中的CAK名称与自身保存的CAK名称相匹配时，确认其他SDN设备与第一SDN设备为同一CA中的成员。采用本发明能够加速成组CA的形成。

Description

一种成组CA的形成方法和装置

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，特别涉及一种成组连通集（ConnectivityAssociation，CA）的形成方法和装置。

背景技术

目前，随着网络在社会上的广泛应用，用户对于网络的可靠性也提出了越来越高的要求。为了应对用户对网络可靠性的高要求，各种应对网络外部威胁的网络安全措施也越来越多。随着以太网的快速发展，对于网络内部的安全需求也与日俱增，基于此媒体接入控制安全（Media Access Control security，MACsec）协议被开发并应用于局域网的数据保护。MACsec协议通过提供逐跳的安全性，对接入网络的终端的通信进行保护。由于MACsec协议只提供了对数据进行封装和加密的框架，它还需要其他协议来提供密钥管理、成员认证和授权等功能，因此MACsec密钥协商（MACsec Key Agreement，MKA）协议被制定出来，以满足MACsec协议对密钥的相关需求。IEEE802.1X协议通过认证提供了基于端口的接入控制，而MKA协议则是该协议的一个扩展，其协议报文是扩展了类型的基于局域网的扩展认证（Extensible Authentication Protocol overLANs，EAPOL）报文，通过MKA协议报文的交互来发现MACsec成员并协商MACsec密钥。

图1为根据现有技术的成组CA示意图。交换设备A、B、C之间创建了一个组CA，具体方法包括：

步骤11、认证服务器在认证过程中为其中两个交换设备A和B分发主会话密钥1（Master Session Key，MSK1），用于交换机各自推导计算生成连通集密钥（CAK）1，CAK包括密钥（Key）值和名称（name），交换机之间采用MKA报文，互相通告CAK的name，在接收到的CAK的name与自身生成的CAK name相匹配(即两者相同)时，确定互为同一成对CA1中成员。

依次类推，认证服务器在认证过程中为交换设备A和C分发MSK2，最终确认交换机A和C互为同一成对CA2中成员；认证服务器在认证过程中为交换设备B和C分发MSK3，最终确认交换机B和C互为同一成对CA3中成员。

步骤12、作为密钥服务器的交换机将组CA的CAK的key值通过MKA报文，发送给组CA成员。例如，交换机A根据优先属性参数，确定为密钥服务器，交换机A将组CA的CAK的key值通过MKA报文，发送给组CA成员：交换机B和交换机C，从而形成组CA。

后续，作为密钥服务器的交换机根据CAK推导生成安全集密钥（SecureAssociation Key，SAK），通过MKA报文，发送给组CA成员；组CA成员接收SAK并安装后就可以对数据报文进行加密通信了。在上述描述中，MACsec协议负责使用SAK完成对收发的数据进行加解密的控制，MKA协议负责发现CA中的成员，并通过协议交互生成SAK，以提供给MACsec使用。

从上述描述可以看出，要形成组CA，必须先在两两设备之间形成成对CA，基于成对的CA才能形成成组的CA。而且现有技术在形成成对CA时，要在EAP认证的过程中，只有在EAP认证的过程中才能给要形成成对CA的两个交换设备分配MSK，从而进行后续的推导生成CAK，并进行成对CA成员相互间的确认。而在EAP认证过程中，要求一个交换机作为客户端，另一个交换机作为认证者，而交换机一般只支持EAP服务器端，而不支持EAP客户端，支持EAP客户端需要进行大型的项目开发才能实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成组CA的形成方法和装置，能够快速形成成组CA。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种成组CA的形成方法，应用于软件定义的网络（SDN）中，所述SDN包括控制设备和SDN设备，该方法包括：

第一SDN设备根据控制设备为同一CA中的SDN设备下发的主会话密钥MSK和同一CA中的所有SDN设备的媒体接入控制MAC地址拼接值，推导生成连通集密钥CAK名称，并保存所述CAK名称，并向其他SDN设备发送携带有所述CAK名称的媒体接入控制安全密钥协商MKA报文；

第一SDN设备接收其他SDN设备发送的MKA报文，所述MKA报文携带其他SDN设备根据控制设备下发的MSK和MAC地址拼接值推导生成的CAK名称；

第一SDN设备在接收的MKA报文中的CAK名称与自身保存的CAK名称相匹配时，确认其他SDN设备与第一SDN设备为同一CA中的成员。

为实现上述发明目的，本发明还提供了一种成组CA的形成方法，应用于软件定义的网络SDN中，所述SDN包括控制设备和SDN设备，该方法包括：

控制设备确认同一连通集CA中的SDN设备；

控制设备为同一CA中的每个SDN设备生成相同主会话密钥MSK；

控制设备向同一CA中的每个SDN设备下发该同一CA中的所有SDN设备的媒体接入控制MAC地址拼接值以及所述MSK，以使得各个SDN设基于所述MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK名称，并通过在SDN设备之间交互各自生成的CAK名称来形成成组CA。

为实现上述发明目的，本发明还提供了一种SDN设备，所述设备包括：

接收单元，用于接收控制设备为同一连通集CA中的SDN设备下发的主会话密钥MSK和同一CA中的所有SDN设备的媒体接入控制MAC地址拼接值；还用于接收其他SDN设备发送的媒体接入控制安全密钥协商MKA报文，所述MKA报文携带其他SDN设备根据控制设备下发的MSK和MAC地址拼接值推导生成的CAK名称；

生成存储单元，用于根据控制设备下发的MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK名称，并保存所述CAK名称；

发送单元，用于向其他SDN设备发送携带有所述CAK名称的MKA报文；

控制单元，用于在接收的MKA报文中的CAK名称与自身保存的CAK名称相匹配时，确认其他SDN设备与第一SDN设备为同一CA中的成员。

为实现上述发明目的，本发明还提供了一种控制设备，该设备包括：

确认单元，用于确认同一连通集CA中的SDN设备；

生成单元，用于为同一CA中的每个SDN设备生成相同主会话密钥MSK；

下发单元，用于向同一CA中的每个SDN设备下发该同一CA中的所有SDN设备的媒体接入控制MAC地址拼接值以及所述MSK，以使得各个SDN设基于所述MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK名称，并通过在SDN设备之间交互各自生成的CAK名称来形成成组CA。

综上所述，本发明实施例的SDN网络中，控制设备为同一CA中的SDN设备下发相同MSK和MAC地址拼接值，同一CA中的SDN设备各自根据MSK和MAC地址拼接值推导生成相同的CAK名称，用于携带在MKA报文中相互确认是同一CA中的成员，从而形成成组CA。在现有技术的传统网络中，需要先形成成对CA，再形成成组CA，而且由于现有技术需要通过EAP认证分发MSK，所以网络设备需要支持EAP客户端。本发明与现有技术相比，简化实现MSK的分发，加速了成组CA的形成，并且SDN设备不需要支持EAP客户端。

附图说明

图1为根据现有技术的成组CA示意图。

图2为本发明实施例成组CA形成方法的流程示意图。

图3为本发明实施例SDN网络中成组CA的示意图。

图4为本发明实施例中SDN设备的结构示意图。

图5为本发明实施例中控制设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案作进一步地详细说明。

成组CA包含两个以上的参与者，其中一个参与者作为密钥服务器，另外的参与者作为成组CA的成员（Member）。同一个CA拥有同一个CAK，CAK是CA的根密钥，此CA使用的所有其他密钥例如SAK、KEK等，都是由此CAK导出，本发明实施例中根据MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK，以及根据CAK推导生成KEK及SAK的方法，为现有技术，在此不再赘述。本发明在软件定义的网络（Software Defined Network，SDN）中，控制设备对SDN设备的CA进行划分，实现了成组CA的快速形成，而且，由于本发明成组CA的形成方法不需要EAP认证，所以不需要SDN设备支持EAP客户端，大大节省了开发成本。

下面简单介绍一下SDN网络，基本的SDN网络包括：控制面的控制设备（Controller）和转发面的SDN设备，SDN设备一般为交换机。SDN设备将传统交换机上的报文转发和转发策略分离开来，采用专门的一台控制设备与交换机连接。这样原来同在一台交换机设备上的报文转发功能（硬件芯片实现）和报文转发策略（各种软件协议）就被分开到了不同的硬件设备上。而一台控制设备可以控制多台SDN设备，从而实现了统一的转发控制端，更有效地控制了网络。而且，每一台SDN设备通过相应的安全控制通道与控制设备进行交互，用于SDN控制设备单播控制任意一台SDN设备进行特定的操作。本发明正是利用了SDN网络中控制设备的控制能力，对SDN设备的成组CA进行划分，并能够确认该成组CA中的密钥服务器，使得在采用本发明的方法形成成组CA时，不需要像现有技术那样先形成成对CA，再形成成组CA，因此，本发明实现了成组CA的快速形成。

本发明实施例提供了一种成组CA的形成方法，应用于SDN网络中，该SDN网络包括控制设备和多个SDN设备，其流程示意图如图2所示，该方法包括：

步骤21、第一SDN设备根据控制设备为同一CA中的SDN设备下发的主会话密钥MSK和同一CA中的所有SDN设备的媒体接入控制MAC地址拼接值，推导生成CAK名称，并保存所述CAK名称，并向其他SDN设备发送携带有所述CAK名称的MKA报文；

步骤22、第一SDN设备接收其他SDN设备发送的MKA报文，所述MKA报文携带其他SDN设备根据控制设备下发的MSK和MAC地址拼接值推导生成的CAK名称；

步骤23、第一SDN设备在接收的MKA报文中的CAK名称与自身保存的CAK名称相匹配时，确认其他SDN设备与第一SDN设备为同一CA中的成员。

为清楚说明本发明，上述将多个SDN设备中的一个设备定义为第一SDN设备，该第一SDN设备作为最后形成的成组CA中的一个成员。具体地，本发明是通过控制设备与SDN设备之间的交互，以及SDN设备之间的交互，形成成组CA，下面列举实施例对上述方法进行详细说明。图3为本发明实施例SDN网络中成组CA的示意图。图3中，可以通过网管预先在控制设备上，将SDN设备D、E、F配置形成成组CA。

1）由于预先在控制设备上配置了成组CA的SDN设备，所以控制设备能够确认同一CA，即成组CA中有哪几台SDN设备，并且知晓这几台SDN设备的MAC地址，同时能够根据该成组CA中各SDN设备的优先属性参数，将优先级较高的SDN设备作为密钥服务器。该实施例中将成组CA中的SDN设备D作为密钥服务器。

控制设备中采用能够生成MSK的装置，例如随机数生成器（Randomnumber generator，RNG），为同一CA中的所有SDN设备生成相同的MSK，将所述MSK通过与每个SDN设备相应的安全控制通道，下发给同一CA中的每个SDN设备。为确保MSK能够安全下发给同一CA中的每个SDN设备，需要在下发时对MSK进行加密，对MSK加密的方式有多种，例如，SDN网络在组建时，要为每一台SDN设备安装不同的证书，所以控制设备为同一CA中的SDN设备下发MSK时，可以以每个SDN设备的证书进行加密，SDN设备采用自身安装的证书对下发的MSK进行解密后使用。

同时，控制设备将CA中所有成员的MAC地址进行拼接后，将所生成的MAC地址拼接值通过与每个SDN设备相应的安全控制通道，与MSK一起下发给同一CA中的每个SDN设备。其中，对MAC地址的拼接方式有多种，一般采用MAC地址从小到大的拼接值，或者从大到小的拼接值。这里只要确保控制设备下发给同一CA中的SDN设备的MAC地址拼接值相同即可，具体如何拼接则不作具体限制。

2）同一CA中的SDN设备D、E、和F都会接收到上述MSK和MAC地址拼接值，并且SDN设备D还会收到控制设备下发的密钥服务器标识。然后SDN设备D、E、和F都会根据MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK名称，并保存所述CAK名称。因为SDN设备都是基于同一MSK和MAC地址拼接值进行推导，所以推导生成的CAK名称也相同。进一步地，SDN设备还会根据MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK的Key值，并保存所述CAK的Key值，显然，因为SDN设备都是基于同一MSK和MAC地址拼接值进行推导，所以推导生成的CAK的Key值也相同。

SDN设备D、E、和F根据MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK时，各自创建发送方向的安全通道（Secure Channel，SC），分别为图3中的SC_D、SC_E和SC_F。

3）同一CA中的SDN设备之间进行MKA报文交互，所述MKA报文携带其他SDN设备根据控制设备下发的MSK和MAC地址拼接值推导生成的CAK名称。

SDN设备接收同一CA中其他SDN设备发送的MKA报文时，创建与其他SDN设备之间接收方向的SC，设备D创建接收方向的SC_E和SC_F；设备E创建接收方向的SC_D和SC_F；设备F创建接收方向的SC_D和SC_E。

4）同一CA中各个SDN设备在接收的MKA报文中的CAK名称与自身保存的CAK名称相匹配时，确认其他SDN设备与自身SDN设备为同一CA中的成员。

至此，SDN设备D、E和F形成成组CA，这里形成发送方向的SC用于后续发送SAK加密的数据报文；形成接收方向的SC用于后续接收经SAK加密的数据报文。

具体地，在2）中SDN设备D、E、和F都会根据CAK的Key值推导生成相同的用于加密SAK的KEK，而且在2）中同一CA中作为Key Server的SDN设备D根据CAK的Key值生成SAK。因此，在作为Key ServerSDN设备D上，SAK经KEK加密后，携带在MKA报文中发送给同一CA中的其他SDN设备，如SDN设备E和F。同一CA中的其他SDN设备，如SDN设备E和F，接收到经KEK加密的SAK，SDN设备E和F分别用本地推导生成的KEK进行解密，获取SAK。最终，数据报文在各个SDN设备的发送端通过发送方向的SC采用SAK进行加密发送，在接收端通过接收方向的SC采用SAK进行解密接收。

进一步地，为提高网络数据传输的安全性，控制设备还可以采用随机数生成器，直接生成SAK，根据网络的流量及安全监测结果，通过相应安全控制通道向同一CA中的SDN设备下发更新的SAK。下发更新的SAK时也可以采用SDN设备的证书对SAK进行加密后下发。

接下来，密钥服务器确定同一CA中的所有SDN设备都安装该更新的SAK后，数据报文采用所述SAK进行加密传输。由于控制设备向SDN设备下发刷新SAK的优先级要高于成组CA中的密钥服务器，从而增强CA的可管理性和可维护性。

本发明成组CA的形成方法，会带来如下好处：

一、SDN设备不需要支持EAP客户端；

二、SDN控制设备可以灵活控制CA的规划和SAK的更新；

三、加速成组CA的形成。

基于同样的发明构思，本发明还提出一种SDN设备，应用于包括控制设备和SDN设备的SDN网络中，参见图4，图4为本发明具体实施例中应用于上述方法的SDN设备的结构示意图。该SDN设备包括：

接收单元401，用于接收控制设备为同一连通集CA中的SDN设备下发的主会话密钥MSK和同一CA中的所有SDN设备的媒体接入控制MAC地址拼接值；还用于接收其他SDN设备发送的媒体接入控制安全密钥协商MKA报文，所述MKA报文携带其他SDN设备根据控制设备下发的MSK和MAC地址拼接值推导生成的CAK名称；

生成存储单元402，用于根据控制设备下发的MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK名称，并保存所述CAK名称；

发送单元403，用于向其他SDN设备发送携带有所述CAK名称的MKA报文；

控制单元404，用于在接收的MKA报文中的CAK名称与自身保存的CAK名称相匹配时，确认其他SDN设备与第一SDN设备为同一CA中的成员。

所述接收单元401，还用于接收控制设备下发的密钥服务器标识；

所述控制单元404，还用于根据所述密钥服务器标识设置自身为所述CA的密钥服务器，根据所述MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK的密钥值，进而根据CAK的密钥值推导生成安全集密钥SAK并分发给同一CA中的其他SDN设备。

所述接收单元401，还用于接收作为所述CA中的密钥服务器的SDN设备生成并分发的SAK。

所述设备进一步包括：安全通道创建单元405；

所述安全通道创建单元405，用于在根据控制设备为同一CA中的SDN设备下发的MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK名称时，创建发送方向的安全通道SC；在接收同一CA中其他SDN设备发送的MKA报文时，创建与其他SDN设备之间接收方向的SC；

所述接收单元401，还用于通过接收方向的SC，将数据报文采用SAK进行解密接收；

所述发送单元403，还用于通过发送方向的SC，将数据报文采用SAK进行加密发送。

所述接收单元401，还用于通过相应的安全控制通道接收控制设备为同一CA中的SDN设备生成并下发的更新SAK。

本发明还提出一种控制设备，应用于包括控制设备和SDN设备的SDN网络中，参见图5，图5为本发明具体实施例中应用于上述方法的控制设备的结构示意图。

确认单元501，用于确认同一CA中的SDN设备；

生成单元502，用于为同一CA中的每个SDN设备生成相同主会话密钥MSK；

下发单元503，用于向同一CA中的每个SDN设备下发该同一CA中的所有SDN设备的媒体接入控制MAC地址拼接值以及所述MSK，以使得各个SDN设基于所述MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK名称，并通过在SDN设备之间交互各自生成的CAK名称来形成成组CA。

所述确认单元501，还用于确认同一CA中作为密钥服务器的SDN设备；

所述下发单元503，还用于为同一CA中作为密钥服务器的SDN设备下发密钥服务器标识。

所述下发单元503，还用于在成组CA形成之后，为同一CA中的SDN设备生成并下发更新的SAK。

综上所述，本发明具体实施例中，通过在控制设备中采用能够生成MSK的设备，利用控制设备的控制能力，直接快速为同一CA的SDN设备生成相同MSK，并且控制设备还为同一CA的SDN设备生成相同的MAC地址拼接值，同一CA的SDN设备各自根据MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK名称，然后相互之间通过确认CAK名称是否相同，确定是同一CA中的成员。进一步地，还可以在控制设备中为同一CA的SDN设备直接生成相同更新的SAK，根据网络的流量及安全监测结果，灵活更新SAK。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种成组连通集CA的形成方法，应用于软件定义的网络SDN中，所述SDN包括控制设备和SDN设备，该方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一SDN设备进一步通过与控制设备之间的安全控制通道，接收控制设备利用第一SDN设备的证书加密后的MSK和MAC地址拼接值，并利用自身安装的证书进行解密后得到MSK和MAC拼接值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一SDN设备在接收控制设备下发的MSK和MAC地址拼接值的同时，若还接收控制设备下发的密钥服务器标识，则进一步设置自身为所述CA的密钥服务器，根据所述MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK的密钥值，进而根据CAK的密钥值推导生成安全集密钥SAK并分发给同一CA中的其他SDN设备。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述第一SDN设备接收作为所述CA中的密钥服务器的SDN设备生成并分发的SAK。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

第一SDN设备根据控制设备为同一CA中的SDN设备下发的MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK名称时，创建发送方向的安全通道SC；

第一SDN设备接收同一CA中其他SDN设备发送的MKA报文时，创建与其他SDN设备之间接收方向的SC；

第一SDN设备通过发送方向的SC，将数据报文采用SAK进行加密发送；通过接收方向的SC，将数据报文采用SAK进行解密接收。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在成组CA形成之后，该方法进一步包括：第一SDN设备通过相应的安全控制通道接收控制设备为同一CA中的SDN设备生成并下发的更新SAK。

7.一种成组连通集CA的形成方法，应用于软件定义的网络SDN中，所述SDN包括控制设备和SDN设备，该方法包括：

控制设备确认同一连通集CA中的SDN设备；

控制设备为同一CA中的每个SDN设备生成相同主会话密钥MSK；

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述控制设备确认同一连通集CA中的SDN设备的同时，该方法进一步包括：

确认同一CA中作为密钥服务器的SDN设备；

所述控制设备向同一CA中的每个SDN设备下发该同一CA中的所有SDN设备的媒体接入控制MAC地址拼接值以及所述MSK的同时，该方法进一步包括：

向同一CA中作为密钥服务器的SDN设备下发密钥服务器标识。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，成组CA形成之后，该方法进一步包括：控制设备为同一CA中的SDN设备生成并下发更新的安全集密钥SAK。

10.一种SDN设备，应用于软件定义的网络SDN中，其特征在于，所述设备包括：

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述接收单元，还用于接收控制设备下发的密钥服务器标识；

所述控制单元，还用于根据所述密钥服务器标识设置自身为所述CA的密钥服务器，根据所述MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK的密钥值，进而根据CAK的密钥值推导生成安全集密钥SAK并分发给同一CA中的其他SDN设备。

12.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述接收单元，还用于接收作为所述CA中的密钥服务器的SDN设备生成并分发的SAK。

13.如权利要求11或12所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括：安全通道创建单元；

所述安全通道创建单元，用于在根据控制设备为同一CA中的SDN设备下发的MSK和MAC地址拼接值推导生成CAK名称时，创建发送方向的安全通道SC；在接收同一CA中其他SDN设备发送的MKA报文时，创建与其他SDN设备之间接收方向的SC；

所述接收单元，还用于通过接收方向的SC，将数据报文采用SAK进行解密接收；

所述发送单元，还用于通过发送方向的SC，将数据报文采用SAK进行加密发送。

14.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述接收单元，还用于通过相应的安全控制通道接收控制设备为同一CA中的SDN设备生成并下发的更新SAK。

15.一种控制设备，应用于软件定义的网络SDN中，其特征在于，该设备包括：

确认单元，用于确认同一连通集CA中的SDN设备；

16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，

所述确认单元，还用于确认同一CA中作为密钥服务器的SDN设备；

所述下发单元，还用于为同一CA中作为密钥服务器的SDN设备下发密钥服务器标识。

17.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述下发单元，还用于在成组CA形成之后，为同一CA中的SDN设备生成并下发更新的安全集密钥SAK。