JP2004524768A - ネットワークアプリケーション用に保護処理機能を分配するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
データの送受信用に、また送信用のパケットを受信し、受信したデータからパケットを転送するために、ネットワーク用物理的インターフェイスがネットワークゲートウェイ装置に設けられる。鍵交換を準備し、ネットワークピアとの通信用の暗号化及び復号化のために使用されるセキュリティアソシエーション（ＳＡ）をホストするパケットプロセッサが設けられる。パケットプロセッサは、パケットを復号化するための復号化プロセッサを備えた入口処理セキュリティサブシステムと、パケットを暗号化するための出口処理セキュリティサブシステムとを具備する。入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムの一方又は両方が、入口ＳＡと出口ＳＡの一方又は両方を受信する。パケットプロセッサは、鍵交換を処理し、入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムにＳＡを配布するプロセッササブシステムを具備していてもよい。その代わりとして、入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムが、ネットワークピアとの通信用の暗号化及び復号化のために使用されるセキュリティアソシエーション（ＳＡ）をホストしてもよい。入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムの一方が、入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムの他方に対して少なくとも1つの入口ＳＡと出口ＳＡを配布する。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはネットワークシステムに関し、より詳細には、安全な通信のためにインターネットセキュリティプロトコル等のセキュリティプロトコルに従う暗号化による、ネットワークピア間の通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットセキュリティプロトコル（ＩＰＳｅｃ）は、インターネットプロトコル（ＩＰ）用にセキュリティサービスを提供するために設計されたプロトコル一式である。ＩＰＳｅｃ内において、強力な認証と強力な暗号化のために数学的アルゴリズムが広範囲に使用される。これらのアルゴリズムは計算上集中的であり、データ交換に関してかなりの処理のオーバーヘッドを構成する。従って、計算を加速するためにしばしば専門のハードウェイアが使用される。例えば、２０００年のモーガン・カフマン（Ｍｏｒｇａｎ Ｋａｕｆｍａｎｎ）によるＩＰＳｅｃ ＲＦＣのビッグブック（Ｔｈｅ Ｂｉｇ Ｂｏｏｋ ｏｆ ＩＰＳｅｃ ＲＦＣｓ）に、認証及び暗号化アルゴリズムのフルセット、及びＩＰＳｅｃにより支持されるプロトコルが明示されている。
【０００３】
ＩＰＳｅｃプロトコル一式は３つの全体的な部品を備えた構造を提供する。ＩＰ用認証ヘッダ（ＡＨ）を使用して、鍵交換タイプに応じて、データが送信中に修正されていないこと、データが真正に明白なソースから届いたことを通信当事者（パーティ）達が確認する。送信中の盗聴に対する保護のためにデータを暗号化する、ＩＰ用のカプセル化セキュリティペイロード（ＥＳＰ）フォーマットが使用される。プロトコルネゴシエーション及び鍵交換（キーエクスチェンジ）プロトコル、インターネット鍵交換（ＩＫＥ）を使用し、安全な通信方法を通信当事者達が取り決めることができるようにする。ＩＫＥはインターネットセキュリティアソシエーション鍵管理（ＩＳＡＫＭＰ）メッセージセットから特殊なメッセージを実行する。ＩＫＥを使用して、ピア間にセキュリティアソシエーション（ＳＡ）が確立される。ＳＡは、ピアにおいて処理エンティティが他のエンティティとの通信に関して把握する必要がある全ての事項をグループ分けする。これはセキュリティアソシエーションデータベースの形で論理的に実行される。ＳＡは、ＩＰＳｅｃの元で、以下の事項を規定する：
＊ＡＨにおいて使用される認証アルゴリズムのモード、及びその認証アルゴリズムに対する鍵、
＊ＥＳＰ暗号化アルゴリズムモード、及びその暗号化アルゴリズムに対する鍵、
＊その暗号化アルゴリズムにおいて使用される暗号同期化の存在及びサイズ（又は欠如） 、
＊通信の認証方法（どのプロトコル、どの暗号化アルゴリズム、及びどの鍵を使用するか）、
＊通信の秘密をいかにして守るか（どのアルゴリズム及びどの鍵を使用するか）、
＊これらの鍵を何回くらい変更するか、
＊ＥＳＰにおける使用のための認証アルゴリズム、モード及び変換と、そのアルゴリズムによって使用される鍵、
＊鍵の寿命、
＊ＳＡ自体の寿命、
＊ＳＡソースアドレス、
＊感度レベル記述子。
【０００４】
ＳＡはネットワークピアにセキュリティチャネルを提供し、ピアは個々のユニット、グループ、別のネットワーク、又はネットワークリソースであってよい。様々な異なるクラスのセキュリティチャネルがＳＡによって確立されてよい。ＩＰＳｅｃネットワークエンティティは、安全な仮想プライベートネットワークを構築することができる。ＥＳＰを使用して、安全なトンネリングと呼ばれる安全な仮想プライベートネットワークサービスが提供され、元のＩＰパケットヘッダがＥＳＰ内でカプセル化される。普通なら受け付けられないであろう、プライベートでルータブルなＩＰアドレスが公衆網（インターネット）を通して通過できるようにするセキュリティゲートウェイのルータブルアドレスを含む新たなＩＰヘッダが付加される。トンネリングによって、元のソース及び送信先アドレスが、公衆網の使用者に対して隠される。
【０００５】
ＩＰＳｅｃプロトコルはＩＰベースのネットワーク内の２つのエンティティ間で操作される。これらのエンティティが安全にデータを交換するために、これらのエンティティは、
１．使用すべき保護タイプについて同意しなければならない。保護はデータソース認証、データの完全性、又はデータの秘密性であってよいし、それらの組み合わせであってもよい。
２．選ばれた保護タイプに関して、各エンティティが使用するアルゴリズムと他のパラメータについて同意しなければならない。２つのエンティティが互いに認証し合い、データ交換のために使用される共用の秘密鍵の交換のために、ＩＳＡＫＭＰセキュリティアソシエーションと、暗号化及び復号化鍵を確立する。ＩＰＳｅｃプロトコルを制御するメッセージを安全に通過させるために、ＩＳＡＫＭＰＳＡを使用する。
３．選ばれた保護タイプに関して、同意したセキュリティレベルを達成するためにアルゴリズム内で動作するキーイング材料について２つのエンティティが同意する。このステップにおけるネゴシエーションは、（ＩＫＥＳＡと同様の）ＩＳＡＫＭＰＳＡ鍵を使用して暗号化される。
４．これらのエンティティは、データ交換において選ばれた保護タイプを適用し、周期的にキーイング材料を変更する。
【０００６】
ステップ１〜３はＩＳＡＫＭＰＳＡとは全く別なＩＰＳｅｃセキュリティアソシエーション（ＳＡ）を両エンティティ間に生じさせる。これらのステップは、インターネット鍵交換プロトコル（ＩＫＥ−クイックモード、ＲＦＣ２４０９を参照）に略等しい。ＩＰＳｅｃセキュリティアソシエーションは単向性である。エンティティＸとエンティティＹがＩＫＥを完了した場合、エンティティＸがエンティティＹとのセキュリティアソシエーションを有し、エンティティＹはエンティティＸとのセキュリティアソシエーションを有する。これら２つのアソシエーションは明確に異なり、各々が、ＩＰＳｅｃＳＡを一意に識別するセキュリティパラメータインデックス（ＳＰＩ）と呼ばれる３２ビットの数を運ぶ。ＳＰＩは２つのエンティティ間で交換される各データパケットで運ばれ、受信者が以前に同意したアルゴリズムと鍵のセットを特定できるようにする。
【０００７】
例えば、エンティティＸはエンティティＹのＳＰＩをエンティティＹ用に定められたパケットに置き、エンティティＹはエンティティＸのＳＰＩをエンティティＸ用に定められたパケットに置く。受取人は典型的に、ＳＡに関する全ての情報を検索するために、セキュリティアソシエーションデータベースへのインデックスとしてＳＰＩを使用する。
【０００８】
タイムリミットか、データ交換リミットか、シーケンス数カウンタの消耗のいずれかに従って、ＳＡは新たな組のキーイング材料によってリフレッシュされる。いずれかの側が既存のＳＡの除去を望む場合、特定のＳＡのために削除通知を送ってもよい。故障によってＳＡにアクセスできない場合、削除通知を通してこの故障をピアに通知することが特に好都合である。これは、入口ＳＡの欠如のために捨てる必要があるデータパケットをピアが送るのを防止する。これは各々のピアにおいて処理リソースを保存する。
【０００９】
ＩＫＥプロトコルの性質のために、特定のＩＰアドレスに向かうにつれて、各エンティティにおいて同じ処理機能によってこれを実行しなければならない。１つのエンティティ内の処理機能の間でプロトコルを容易に配布することができない。高性能ネットワーク装置では、数学的アルゴリズムを動作させて鍵を生成させ、ＩＫＥ内でメッセージフィールドを設定するために暗号化と認証を実行し、ＩＰＳｅｃメッセージを特殊なハードウェイアで加速してもよい。あるいは、高度に最適化されたソフトウェイアを使用してもよい。
【００１０】
ＩＫＥプロトコルは、各エンティティの処理において、暗号化機能の知識と、そのピアに定められた鍵と、復号化機能の知識と、ピアからのトラフィック用の鍵とを生じる。この二組の情報は、ＩＫＥの終了時にエンティティの処理機能内でのみ利用できる。処理エンティティの故障の場合、典型的に、そこでホストされるセキュリティアソシエーションが期限切れとなる。予備の処理エンティティが故障したエンティティの役割を果たす場合、ピア間で新しいＳＡを取り決める。
【００１１】
ＩＰＳｅｃを展開する際に、入口パケットと出口パケットがセキュリティシステム又は暗号化・復号化用のサブシステムを通過してもよい。セキュリティシステム又はサブシステムは、ＩＫＥのソースであり、従ってＳＡを維持する（一箇所においてＩＫＥがＩＰＳｅｃＳＡをもって終了する）。入口トラフィックと出口トラフィックが各々１つの暗号化・復号化用に１つの処理機能を通過しなければならないので、これは重大な処理の妨げとなり得る。暗号化及び／又は認証材料の生成を必要とする流れの間で不均衡がある場合が多く、これらは復号化及び／又は認証材料の確認を必要とする。従って、入口セキュリティトラフィックが出口セキュリティトラフィックを妨げ得るし、その逆もありえる。適所に多数のＨＷ加速装置を使用することでスループットを上昇させる。しかしながら、加速装置は入口と出口のＩＰＳｅｃＳＡを有するので、やはりボトルネックがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は入口と出口のＩＰＳｅｃセキュリティアソシエーションを配布することによって、この回線争奪問題を解決する。別のセキュリティサブシステムも実装されるが、両セキュリティサブシステム共に暗号アルゴリズム用のハードウェイア加速サポートを備えている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、データの送受信用に、また送信用のパケットを受信し、受信したデータからパケットを転送するために、ネットワーク用物理的インターフェイスがネットワークゲートウェイ装置に設けられる。鍵交換を準備し、ネットワークピアとの通信用の暗号化及び復号化のために使用されるセキュリティアソシエーション（ＳＡ）をホストするパケットプロセッサが設けられる。パケットプロセッサは、パケットを復号化するための復号化プロセッサを備えた入口処理セキュリティサブシステムと、パケットを暗号化するための出口処理セキュリティサブシステムとを具備する。入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムの一方又は双方に、入口ＳＡと出口ＳＡの一方又は両方が設けられる。
【００１４】
パケットプロセッサは、鍵交換を処理し、入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムにＳＡを配布するプロセッササブシステムを具備していてもよい。その代わりとして、入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムが、ネットワークピアとの通信用の暗号化及び復号化のために使用されるセキュリティアソシエーション（ＳＡ）をホストしてもよい。入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムの一方が、入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムの他方に対して少なくとも1つの入口ＳＡと出口ＳＡを配布する。
【００１５】
パケットプロセッサは、受信したパケットの入口処理用の入口プロセッサシステムと、送信のためにパケットを処理する出口プロセッサシステムとを好都合に具備していてもよい。入口プロセッサシステムは、入口パケットプロセッサと入口処理セキュリティサブシステムとを具備する。出口プロセッサシステムは、出口パケットプロセッサと出口処理セキュリティサブシステムとを具備する。入口プロセッサと出口プロセッサ間の相互接続と、入口プロセッサと物理的インターフェイス間の相互接続と、出口プロセッサと物理的インターフェイス間の相互接続とを含む相互接続が提供される。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、ネットワークエンティティ間の安全な通信のための方法が提供される。当該方法はネットワークインターフェイスと、入口処理サブシステムと出口処理サブシステムを含むパケット処理システムとの物理的接合部とを備えた装置の提供を含む。ネットワークエンティティと他のネットワークエンティティ間で鍵交換が行われる。鍵交換の完了と同時に、セキュリティアソシエーション（ＳＡ）は鍵交換に基づいてホストされる。ＳＡはパケット処理システムの処理エンティティと関連付けて保存される。ＳＡは認証と、暗号化と、及び鍵の変更とに関する情報を含む。データはセキュリティアソシエーションから抽出又は引き出され、セキュリティアソシエーションをホストする処理エンティティから、入口処理サブシステムと出口処理サブシステムの一方又は両方にセキュリティメッセージとして送られ、処理サブシステムにおいてセキュリティアソシエーションを提供する。
【００１７】
入口セキュリティサブシステムと別の出口セキュリティサブシステムが提供される。一方の（入口又は出口の）セキュリティサブシステム、あるいはセキュリティサブシステムの別のエンティティがＩＫＥをホストし、従ってＩＳＡＫＭＰＳＡもホストする。ＩＰＳｅｃＳＡが他方の（入口又は出口の）セキュリティサブシステムに対して配布されるか、あるいはセキュリティサブシステムの各々に対して配布される。ＩＫＥは１つのプロセッサ上で動作し、ＩＰＳｅｃＳＡを確立し、ＩＳＡＫＭＰ（ＩＫＥ）ＳＡを保持する。ＩＰＳｅｃＳＡの一方（又は両方）がセキュリティサブシステムへと動かされる。ＩＰＳｅｃＳＡは単方向性であるので、それらが同じセキュリティサブシステム上にある必要はない。
【００１８】
ＩＰＳｅｃをホストするセキュリティサブシステム又はＩＰＳｅｃサブシステムがＩＫＥを開始する。ハードウェイア加速装置がＩＫＥメッセージング用の数学を加速するが、ＩＫＥ状態マシンはソフトウェイアベースである。ＩＫＥが例えば出口セキュリティサブシステム上でホストされる場合、ＩＫＥが終了して、安全なＩＰＳｅｃ制御メッセージのために使用されるＩＳＡＫＭＰＳＡと、２つのピア間でデータトラフィックを処理するために使用されるＩＰＳｅｃＳＡを提供する。この例では、ＩＳＡＫＭＰＳＡは出口セキュリティサブシステム上に留まり、出口ＩＰＳｅｃＳＡは出口セキュリティサブシステム上で保持される。この時点で、保持された出口ＩＰＳｅｃＳＡに対応する入口ＩＰＳｅｃＳＡは、入口セキュリティサブシステムへと動かされている。
【００１９】
ここで説明する発明は、セキュリティサービスを必要とする入口処理フローと出口処理フローが暗号化・復号化サービスを獲得するために争うことによる処理のボトルネックを軽減する。更に、ピアＳＡの順序正しい削除と新たなＳＡの再確立を可能にするセキュリティコンテクストを保存することによって、障害の許容範囲を維持する。デザインの顕著な特徴を以下に記す：
１）（入口又は出口）セキュリティサブシステム、あるいはＩＫＥサブシステム、あるいはＩＰＳｅｃサブシステムは確立、保守及びＩＳＡＫＭＰとＩＰＳｅｃＳＡとの開放に対する責任を有する。入口セキュリティサブシステム又は出口セキュリティサブシステムのいずれかにおいて、ハードウェイア加速によって、ＩＫＥの結果として作り出されたＳＡを実行することができる。一旦ＳＡが確立されると、ＩＰＳｅｃサブシステムはパケットの処理に直接関与しない。これはセキュリティサブシステムに対する入口と出口のパケットプロセッサインターフェイスを介してセキュリティサブシステムによって実行される。
２）所定のＩＰＳｅｃＳＡに対する入口パケットと出口パケットの処理は、入口パケットの復号化と認証専用のハードウェイア加速装置（例えば、特定用途向け集積回路）、及び出口パケットの暗号化と認証生成専用のハードウェイア加速装置によって実行される。従って、入口パケットと出口パケットが１つのハードウェイアリソースを求めて争うことはない。
３）上述の２）を容易にするために、ＳＡが確立されると、（入口又は出口）セキュリティサブシステム、あるいはＩＫＥサブシステム、あるいはＩＰＳｅｃサブシステムは、システム初期化時に生成された特定サービスカード用鍵によって打鍵された対称的なブロック暗号を使用してＳＡ情報を暗号化する。その後、ハードウェイア加速装置からＳＡ情報を抽出し、他のハードウェイア加速装置にコピーする。ＳＡが入口ハードウェイア加速装置に確立されている場合、出口ハードウェイア加速装置に対してコピーが為され、その逆も可である。
【００２０】
以下、本開示に添付され、本開示の一部を構成するクレームを参照して、本発明を特徴付ける新規な様々な特徴を指摘する。本発明と、本発明の使用により達成される動作上の利点と、特定の目的とをより良く理解するために、添付図面及び本発明の好適実行形態を説明する説明部分を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
特に図面を参照して、本発明はネットワークインフラストラクチャ装置又はモバイルインターネットゲートウェイ１０と、ゲートウェイ１０を使用する通信方法よりなる。図１及び図２は本発明の２つの可能な展開を示している。本発明は２つ以上のネットワーク間の分離点を形成することができるし、あるいは１つ以上のネットワークに属することができる。ゲートウェイ１０は無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）１４を介したモバイル加入者とのデータトラフィックを処理する。図１に示すように、ＲＡＮ１４のユーザから到着するか、ＲＡＮ１４のユーザに向けられたデータトラフィックは、モバイルユーザに特定の、またＲＡＮ技術に特定の１つ以上のデータ通信プロトコルを使用しなければならない。ＩＰルータネットワーク（例えばインターネット）１２から到着するか、あるいはＩＰルータネットワーク１２に向けられたトラフィックは、種々のＩＰベースのプロトコルを使用することができ、時にはそれらの組み合わせも使用できる。ここで説明するゲートウェイ１０の構造、パケットゲートウェイノード（ＰＧＮ）１０は、ＲＡＮ１４とＩＰルータネットワーク１２に対してプロトコルサービスを提供することができ、性能を大きく低下させることなくユーザ数を多数拡大でき、高度に信頼できるシステムを提供できるという課題を解決する。更にＰＧＮ１０は、モバイル加入者の管理（例えば、使用制限や方針施行）と共に、請求及び／又は課金目的用のトラッキング処理を提供する。
【００２２】
概して１２で示されるＩＰルータネットワークは、様々な異なるネットワークに対する接続を含むことができる。ＩＰルータネットワーク１２は、例えば、インターネットを含むことができ、外部インターネットプロトコルネットワーク１９に対する接続を有することができ、それはインターネットサービスプロバイダ及びアクティブサーバページ１８に対する接続を提供するか、あるいは企業内ネットワーク１７に対する接続を提供することができる。更にＩＰルータネットワーク１２は、電話網（ＰＳＴＮ）ゲートウェイ１６、又は例えばローカルリソース（データ記憶装置等）１５への接続を提供することができる。図１及び図２の図は全てを含んだものではない。その他のネットワークや様々な異なるプロトコルのネットワーク接続も提供される。ＰＧＮ１０は１つ以上のネットワーク間通信を提供してもよいし、あるいは同じネットワークのユーザ間の通信を提供してもよい。
【００２３】
入口処理量と出口処理量とが異なる場合もしばしばある。図３は装置の一態様と本発明の方法を示しており、それによって入口処理と出口処理が異なる処理システム間で分割されている。物理的インターフェイス１１のＰＧＮ１０においてパケットが受信され、物理的インターフェイス１１を介してＰＧＮ１０からパケットが送信される。物理的インターフェイス１１は、後述するように、１つ以上のラインカード２２として設けられてよい。入口処理システム１３は相互接続１７を介して物理的インターフェイス１１に接続される。入口処理システム１３は受信したパケットの入口処理を行う。このパケットの入口処理は、プロトコル変換、脱カプセル化、復号化、認証、ポイントツーポイントプロトコル（ＰＰＰ）終了及びネットワークアドレス変換（ＮＡＴ）の少なくとも１つ以上を含む。出口処理システム１５は相互接続１７を介して物理的インターフェイス１１に接続され、更に相互接続１７を介して入口処理システム１３にも接続される。出口処理システム１５は送信すべき受信パケットの出口処理を行う。このパケットの出口処理は、プロトコル変換、カプセル化、暗号化、認証データ生成、ＰＰＰ生成及びＮＡＴの少なくとも１つ以上を含む。入口プロセッサ１３と出口プロセッサ１５は、物理的インターフェイス１１と一体化された装置の一部として提供されてもよい。更に、入口プロセッサ１３と出口プロセッサ１５は、相互接続１７を介して１つ以上のラインカード２２に接続される１つ以上のサービスカード２４の一部として提供されてもよい。この処理方法及び配置は入口処理と出口処理を平行して進行させることができる。
【００２４】
図４に示すように、１つのサービスカード２４’が入口処理を提供し、別のサービスカード２４”が出口処理を提供してもよい。入口処理又は出口処理を、１つ以上のサービスカード２４間に分散させてもよい。図４に示すように、１つのサービスカード２４’が入口プロセッサシステム５０と出口プロセッサシステム５２を含む。２２’で示されたラインカードＬＣ１からパケットが受信され、入口プロセッサ５０に入り、そこで処理されて端末相互間パケットを作成する、つまり、（元のＩＰパケットヘッダがカプセル化されている）トンネルを終了させ、インターネットプロトコルセキュリティ（ＩＰＳｅｃ）パケットを復号化し、ポイントツーポイントプロトコル（ＰＰＰ）を終了させ、ＮＡＴ又はＮＡＴ−ＡＬＧを実行する。次に、相互接続１７を介して、端末相互間パケットを別のサービスカード２４”に送る。この別のサービスカード２４”において、出口プロセッサシステム５６が端末相互間パケットをカプセル化及び暗号化し、インターフェイス１１においてネットワークへと伝送するために２２”で示されるＬＣ２にパケットを送る。
【００２５】
プロセッサシステム（図３の例では１３及び１５、また図４の例では５０、５２、５４、５６）の各々には、好ましくは特定の目的のために作られたプロセッサが設けられる。これは特定のパケット、セキュリティパケット及び制御パケットの処理及び簡単なプロトコル変換処理を同時に実行できるようにする。これによってＰＧＮ１０が当該装置のために待ち行列の単一点を使用できるようになる。パケット列は伝送を待っているパケットの待ち行列を作成する。処理路におけるこのパケット待ち行列位置は、パケットが当該装置に到着してから送信されるまでのパケット専用バッファ位置である。このパケットは、物理的インターフェイスにおいて確立されたライン速度（パケット入口速度）で当該装置を出るか、あるいは処理を完了する。各プロセッサシステムは好ましくは、パケットが当該装置に入った速度以上の速度でパケットを処理する高速パスプロセッササブシステム６２又は６４を具備する。高速パスプロセッササブシステム６２、６４は、パケットを１つのプロトコルから別のプロトコルへ変換するプロトコル変換処理を提供する。好ましくは、各プロセッサはセキュリティパケットを処理するセキュリティプロセッササブシステム７３・７４と、制御パケット用の制御サブシステム７０と、特定パケット用の高速コプロセッササブシステム６８とを具備する。これらのプロセッササブシステムは同時に処理を行う。装置１０はコンテクスト（ユーザトラフィックに関する情報）が他のコンテクストから仮想的に分離されるようにする。更に、必要である場合、多数のサービスカードの使用により、コンテクストが物理的に分離される。
【００２６】
図５はハードウェア構造の一実行形態を示す図である。装置１０のシステムアーキテクチャは、スイッチ構造（ファブリック）又はファブリックカード（ＦＣ）２０を介したラインカード（ＬＣ）２２とのトラフィックからパケット処理を分割する。処理はサービスカード（ＳＣ）２４において行われる。ＬＣ２２は各々ＬＣバス２６（静的ＬＣバス）を介してＦＣ２０に接続される。ＳＣ２４はＳＣ静的バス２８と、ＳＣ動的バス（一次）３０と、ＳＣ動的バス（二次）３２とによってＦＣ２０と接続される。制御カード（ＣＣ）３６はシリアル制御バス３８を介してＬＣ２２に接続される。ＣＣ３６はＰＣＩバス３４を介してＳＣ２４に接続される。ディスプレイカード（ＤＣ）４２は複数のＤＣバス４４を介してＣＣ３６に接続されてよい。ここで述べたカード（モジュール）のいずれかのために１つ以上の冗長カードを設けてもよい。ＰＧＮ１０の構造は装置１０を作り上げる全ての主要な成分タイプを同じものにできるようにする。これによって、Ｎ＋１冗長性（Ｎ個の活動成分、１個の予備部品）、又は１＋１冗長性（各活動成分のために１個の予備部品）を許容する。
【００２７】
ＬＣ２２は各々ネットワークトラフィック１３用のネットワークインターフェイス１１を提供する。ＬＣ２２は、システム用の全てのメディアアクセスコントローラ（ＭＡＣ）と物理層（Ｐｈｙ）機能を処理する。ＦＣ２０はデータパケットのカード間ルーティングを処理する。ＳＣ２４は各々転送パスとプロトコルスタックを実装することができる。
【００２８】
トンネル終了、暗号化、待ち行列作成及びスケジュール作成に対するパケット操作はＳＣ２４において発生する。システムの主制御装置はＣＣ３６である。ＣＣ３６はシステムを管理し、ネットワーク内の他のエンティティとの通信ポイント、つまり、ポリシーサーバ及びアカウンティングマネージャとして機能する。制御カードの目的の１つは、サービスカードの故障を認識し、予備部品がその機能を果たすように切り換える。サービスカードはＰＣＩバス３４を介して制御カードと通信する。（例えば５０における）入口処理を処理するどのサービスカード２４も、（例えば５６における）出口処理用の他のサービスカード２４にトラフィックを送ることができる。このように、当該装置は他のサービスカード２４に存在するかもしれない未使用容量を使用することができる。
【００２９】
ラインカード（ＬＣ−ｘ）２２は物理的インターフェイスを処理する。ラインカード２２はバス３８を介して（冗長）スイッチファブリックカード（ＦＣ）に接続される。ラインカード２２は２種類、つまり情報処理機能を持つものと、持たないものがあってよい。情報処理機能を持つラインカード２２は（レイヤー３、ネットワーク層までの）パケット分類を実行することができる一方、情報処理機能を持たないラインカード２２はパケット分類を実行できない。前者の場合、ＦＣ２０を介してどのサービスカード２４（ＳＣ）へも分類されたパケットをルーティングすることができ、そこで入口処理と出口処理が生成する。このルーティングは静的に構成することができるし、あるいはラインカード２２によって動的に決定することもできる。どのサービスカード２４も他の入口処理用のどのサービスカード２４にも（例えばＳＣ１ ２４’からＳＣ２ ２４”に）入口処理を必要とするトラフィックを送ることができる。入口トラフィックを分類する能力を備えたラインカード２２は、このようにルーティングを変更することによって入口サービスカード２４の未使用容量を使用することができる。これにより、最少負荷の入口プロセッサを備えたＳＣ２４にＬＣ２２がルーティングすることができるので、負荷平衡を許容する。後者の場合、ＳＣ２４に対するＬＣ２２の割り当てが静的であるが、プログラム可能である。冗長管理も容易になる。ラインカード２２が故障した場合、ＦＣ２０を通る流れを向け直すことによって、待機している予備部品に変えることができる。柔軟なルーティングによって、スイッチファブリックカード（ＦＣ）２０を通るルーティングの変更のみによって、どのサービスカード２４又はラインカード２２、特に予備のサービスカード２４又はラインカード２２も、別のサービスカード２４又はラインカード２２の役割を果たすことができるようになる。
【００３０】
拡張可能な性能をサポートするために、装置１０は入ってくるプロトコル（例えば、図４に示すような入口プロセッサ５０を通るＬＣ１ ２２’の入口パス）の処理と、出て行くプロトコル（例えば、図４に示すような出口プロセッサ５６を通るＬＣ２ ２２”の出口パス）の処理と、プロトコル制御メッセージングと、暗号化を必要とするトラフィックの特殊処理とを分割する。様々なプロトコルが実装され得る。物理層・リンク層（物理的インフラストラクチャ、リンクプロトコル−ＰＰＰ、イーサネット（登録商標）等）の上部と、アプリケーション層（ユーザとのインターフェイス、トランスポートプロトコル等）の下部で機能するネットワーク層においては、インターネットプロトコル（ＩＰ）を使用することが好ましい。当該装置１０は、ＩＰパケットの流れを確保するためにＩＰＳｅｃプロトコルと共に使用できる。安全な仮想プライベートネットワークが確立されるこのような状況では、ＰＧＮ１０はソフトウェイアプロセスにおいて、プロトコルスタックの実装を含む入口処理を実行する。入口側では、これは脱カプセル化、復号化、プロトコル変換、認証、ＰＰＰ終了及びＮＡＴを含み、出力は端末相互間パケットである。出口側では、端末相互間を認証データ生成、ＰＰＰ生成及びＮＡＴと共にカプセル化し、暗号化し、プロトコル変換することができる。
【００３１】
図６はサービスカード２４（ＳＣ−ｘ）の一例を示している。各ＳＣ２４は、入口処理サブシステム６２（高速パス処理用）を備えた入口処理と、物理的に別個の出口処理サブシステム６４（高速パス処理用）を備えた出口処理を提供する。これらのサブシステム６２、６４の処理機能は別個のものである。各入口処理システムは、特殊処理用の別個のパス６６と、特殊処理用の別個の成分６８、７０、７３を含む。各出口処理システムは特殊処理用の別個のパス６９と、特殊処理用の別個の成分６８、７０、７４を含む。入口と出口のＰＣＩバス６６、６９は制御プレーンからデータプレーンまでの中央データプレーンインターフェイスである。入口ＰＣＩバス６６は、入口プロセッサ６２と暗号化サブシステム又はセキュリティサブシステム７３と、高速パスコプロセッササブシステム６８と制御プロセッサシステム７０とを接続する。ＰＣＩバス６９は、出口処理システム用に同様の接続を提供する。
【００３２】
ＳＣ２４’等のサービスカードの役割はＩＰパケットを処理することである。ＩＰパケットはＦＣインターフェイス２０を通してＳＣ２４’に入る。これは、例えばＬＣ１ ２２’からの到着トラフィックである。パケットはＣＳＩＸリンク７８Ｉを介して入口プロセッサシステム５０の入口処理サブシステム６２に入り、そこで加入者データパケットと制御データパケットとに分類される。制御パケットは２個のマイクロプロセッサの１つ、つまり制御プロセッサ７０又は高速パスコプロセッサ６８に送られる。ソフトウェイアにより実装されるプロトコルスタックは、制御プロセッサ７０又は高速パスコプロセッサ６８においてパケットを処理する。加入者データパケットは入口処理サブシステム６２及び／又はセキュリティサブシステム７３によって処理され、端末相互間パケットを作成する（つまり、トンネルを終了させ、ＩＰＳｅｃパケットを復号化する）。端末相互間パケットは出口プロセッサ（例えばＦＣ２０を介して別のＳＣ２４”）に送られる。パケットはＣＳＩＸリンク８３及びＦＣ２０へのインターフェイス７２を通って出力される。パケットは（特定のＳＣ２４のＣＳＩＸリンク８０を介して）別の入口プロセッサに送られてもよい。パケットはＣＳＩＸリンク７７を介して出口プロセッサシステムに入る。これは別のサービスカード（例えばＳＣ２４”）を使用して行うことができ、そこで全ての必要なカプセル化と暗号化が行われる。次にパケットは、例えばＬＣ２ ２２”に送られ、ＬＣ２ ２２”はパケットをネットワークに伝送しなければならない。制御プロセッサと高速パスコプロセッサ上で動作するプロトコルスタックは、伝送用に出口プロセッサへとパケットを注入してもよい。
【００３３】
入口と出口用の処理資源を、所定の加入者トラフィック用の異なるサービスカード２４に割り当てて、処理負荷を均衡させることができ、こうして、高レベルのスループットを維持する機構を提供する。典型的に、加入者データセッションは、入口用の所定のＳＣ２４に確立され、また出口用に同じＳＣ２４あるいは別のＳＣ２４に確立される。このセッション及びそのコンテクストに関連する情報が（例えば処理サブシステム６２と６４、セキュリティサブシステム７３と７４の）入口、出口プロセッサに維持される。入口から入口への（例えば、バス３２、ＦＣ２０、ＦＣインターフェイス７２及びＣＳＩＸリンク８０を介してＳＣ２４”からの）ルーティングは、（ユーザが移動して、異なるパスを介して入ってくるかもしれないというモバイルユーザの性質のために）トラフィックが異なるＬＣ２２を介して入り、コンテクストを保持する入口処理サブシステム２４（例えば、ＳＣ２４’の入口処理サブシステム６２）によって処理されることを可能にする。これは、コンテクスト位置の維持を犠牲にしてコンテクストを動かす必要性を除去する。例えば、装置バス７５を介して制御サブシステム７０とプロセッササブシステム６２とサブシステム６４に接続されているメモリコントローラ７６によって、コンテクスト情報が保持、制御されてもよい。移動するコンテクストデータは問題の多いものであるかもしれない。
【００３４】
ＬＣ静的バス２６とＳＣ静的バス２８は、ファブリックカード２０を通してラインカード２２とサービスカード２４を相互接続する。制御カードがファブリックカード２０を構成する場合に、これらの接続が確立される。ＳＣ静的バス２８は、入口プロセッササブシステム６２と出口プロセッササブシステム６４へのインターフェイス７１及びＣＳＩＸライン７８Ｉと７８Ｅによって各々接続される。ＬＣ２２とＳＣ２４間に作られる接続は、事実上静的なものであってよい。これらの接続はほとんど変化しなくてよい。接続変更の理由の一部は、保護切り替え又はハードウェイアの再準備のためである。一次動的バス３０はフレームベースでファブリックカード２０を介して、１つのサービスカード２４の入口プロセッサを別のサービスカード２４の出口プロセッサに接続する。１つ以上のインターフェイス７２とＣＳＩＸライン８３、８４、７７がバス３０と３２に対する接続を提供する。
【００３５】
ディスプレイバス４４を介してディスプレイカード４２を使用し、システム全体をモニタしてもよい。シリアル制御バス３８を介してラインカードをモニタしてもよい。制御カード３６は、１つ又は複数の１０／１００ベースＴ出力４３と、シリアル出力４７と、ＰＣＭＣＩＡ（又はコンパクトフラッシュ（登録商標））出力４９を含むことができる、ＥＭＳインターフェイス４８のような他の出力インターフェイスを有していてもよい。
【００３６】
本発明は入口と出口のセキュリティアソシエーションを配布することによって、セキュリティ入口処理と出口処理の争奪問題を解決する。別のセキュリティサブシステム７３と７４が実装され、双方が暗号アルゴリズムに対するハードウェイア加速サポートを備えている。
【００３７】
図７はサービスカード２４と制御カード３６の相互作用を示している。ＣＣ３６はコンフィギュレーションマネージャ８５を介してコンフィギュレーションを実行する。セキュリティ成分は全体のセキュリティシステム９１として共にグループ分けして示されている。コンフィギュレーションマネージャは、９５と９６で示されるようにサブシステム６２と６４に接続され、また一実行形態により（設けられている場合）点線８７で示すようにＩＫＥサブシステム９０、又は８８、８９で示されるようにセキュリティサブシステムにも接続される。請求目的のため、またセキュリティポリシーや故障検出・回復を決定するために、接続制御マネージャ（ＣＣＭ）８６が入口データセッションと出口データセッションを管理する。一実行形態によれば、データセッションがセキュリティサービスを要求すると、９２で示すように、ＣＣＭ８６がＩＫＥサブシステム９０に通知する。要求者による指示通りに、ＩＫＥサブシステム９０がピアセキュリティゲートウェイと鍵交換を行う。入口と出口のセキュリティサブシステム７３、７４を使用し、ソフトウェイア又はハードウェイアのいずれかにより暗号サポートを提供する。これらのセキュリティサブシステム７３、７４は、高速パス入口プロセッササブシステム６２と出口プロセッササブシステム６４とのインターフェイス６６、６９を有する。プロセッサ６２、６４は、システムを通してデータパケットを高速処理するために使用される専門のプロセッサである。この場合、トラフィックの方向に応じて、適切なパケットを入口と出口のセキュリティサブシステムを通して直接処理するために、高速パスプロセッサ６２と６４はセキュリティアソシエーションのことを気付かされるであろう。別の実行形態によれば、２つのセキュリティサブシステム７３と７４の一方が、９３と９４で示すように、ＣＣＭ８６による通知後、要求者の指示通りにピアセキュリティゲートウェイと鍵交換を行う。その後、２つのセキュリティサブシステム７３と７４の一方がこれらの他方にセキュリティアソシエーションを配布する。
【００３８】
図８は本発明の一実行形態によるセキュリティプロセッササブシステムのアーキテクチャを説明する図である。図８において、ＳＣ入口プロセッサ６２はＦＰＧＡインターフェイス１０８に接続されている（ＳＣ出口プロセッサ６４から出口プロセッサＦＰＧＡインターフェイス１０８へと同様の接続が提供される）。出口ネットワークプロセッサインターフェイス１０４も提供され、出口バス６９に接続されてよい。制御プロセッサ７０’と高速ブリッジ７０”（両者共制御プロセッササブシステム７０の一部）がバス６６と６９間の接続を提供する。ＳＣ入口プロセッサ６２がデータパケットを受け取った場合、５組変数（ソースアドレス、ソースポート、目的地アドレス、目的地ポート、プロトコルタイプ）を使用して、このパケットのセキュリティポリシーをチェックする。出口においてＩＰＳｅｃセキュリティ処理が必要であり、セキュリティアソシエーションが存在しない場合、ＳＣ入口プロセッサ６２がバスインターフェイス１００と、入口バス６６を介して高速パスコプロセッサ（ＦＰＣＰ）（マイクロプロセッサ）６８に、指定された遠隔ピアでＳＡが作成されるべきことを示すメッセージを送る。そこで、ＦＰＣＰ６８は指定された遠隔ピアとの間でＩＫＥ交換を開始する。ＦＰＣＰ６８は、セキュリティパラメータと暗号アルゴリズムを生成させるために、入口セキュリティプロセッサ７３か、出口セキュリティプロセッサ７４のいずれかを使用する。例えば、暗号サービスのために入口セキュリティプロセッサ７３を使用する（出口セキュリティプロセッサ７４も使用できる）場合、ＩＫＥが成功裏に終了すると、結果的に生じるＳＡペアが入口セキュリティプロセッサ７３に存在する。次にＦＰＣＰ６８はＳＡの関連パラメータを抽出し、以下の３つの方法のいずれか１つを使用して、出口セキュリティプロセッサ７４へとＳＡの関連パラメータを動かす。
【００３９】
配布されたセキュリティアソシエーションの確立−方法１
安全な方法でセキュリティサブシステムによってアクセス可能な、イニシエータ又はレスポンダとしてのＳＡの確立に関与するステップを、図９を参照して下記に記す。ハードウェイア加速を使用する場合、これらのステップをハードウェイア装置内で実行することができる。従って、平易なテキストでは、ハードウェイア加速装置外部ではキーイング材料を利用できない。次に、認証値を生成させるために、セキュアハッシュアルゴリズム（ＳＨＡ１、ＦＩＰＳ−１８０、「セキュアハッシュスタンダード」参照）を使用するが、メッセージ要約を作り出すどのような暗号ハッシュ機能も使用できる。
【００４０】
１．装置のスタートアップと同時に、（セキュリティサブシステムの各々の）２つのセキュリティアソシエーションが、７００で示すように、対称的ブロック暗号化のために使用される共用の秘密キーを確立する。例えば、ディフィーヘルマン鍵交換を使用できる。
【００４１】
２．７０２に示すように、ＩＰＳｅｃセッションを開始させるサービスカード上で、セキュリティアソシエーションをホストするために、入口セキュリティサブシステムと出口セキュリティサブシステムのいずれかを選択する。後述する別の実行形態では、ＩＰＳｅｃサブシステムがＳＡをホストする。
【００４２】
３．７０４で示すように、メインモードとクイックモードのＩＫＥ交換を実行し、遠隔ピアでセキュリティアソシエーションを確立する。
【００４３】
４．７０６で示すように、ＩＳＡＫＭＰＳＡキーで暗号化された「削除通知」メッセージを作成し、制御カード３６上のＣＣＭ８６に送る。
【００４４】
５．７０８で示すように、ＣＣＭ８６においてサービスカード識別子を記録し、新たに作成されたセキュリティアソシエーション用のピアアドレスをＣＣＭ８６において記録する。
【００４５】
６．ステップ１（７００）において作成された共用の秘密キーを使用して、対称的ブロック暗号文（つまり、３ＤＥＳ）を使用して、以下のセッションデータ（ＳＤ）（全ての値が連結されている）を、７１０において鍵暗号化する。これは以下のものを含むが、これらに制限されない：
ａ．ＳＡ＿ＳＰＩ
ｂ．ＳＡ＿ＳＰＩ＿Ｔｙｐｅ（ＡＨ＿Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ＡＨ＿Ｔｕｎｎｅｌ，ＥＳＰ＿Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ＥＳＰ＿Ｔｕｎｎｅｌ）
ｃ．ＳＡ＿ＭＡＣ＿Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＳＨＡ１，ＭＤ５）
ｄ．ＳＡ＿ＭＡＣ＿Ｋｅｙ＿Ｖａｌｕｅ
ｅ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＤＥＳ，３ＤＥＳ）
ｆ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ｍｏｄｅ（ＥＣＢ，ＣＢＣ）
ｇ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ｋｅｙ＿Ｖａｌｕｅ。
【００４６】
７．７１２において以下のセキュリティメッセージ（ＳＭ）を形成し、他のセキュリティサブシステムに送る：
ａ．対称的ブロック暗号文が初期化ベクトル（ＩＶ）を必要とする場合、暗号化されたセッションデータに初期化ベクトル（８バイト）を付ける、つまり、ＳＭ＝（ＩＶ｜｜ＳＤ）を形成する。ここで、｜｜は連結を表す。
ｂ．ＳＭを超えるＳＨＡ１ハッシュＨ＿ｓ、つまり、Ｈ＿ｓ＝ＳＨＡ１（ＳＭ）を計算する。
ｃ．セキュリティメッセージにＳＨＡ１ハッシュを付け加える、つまり、ＳＭ＝（ＳＭ｜｜Ｈ＿ｓ）を形成する。
【００４７】
８．７１２で示すように、ＳＭを他のセキュリティサブシステムに送る。
【００４８】
９．ＳＭの受信と同時に、受取人がＨ＿ｓの値をＳＭから除去する。つまり、ＳＭ＝ＳＭ−Ｈ＿ｓ。
【００４９】
１０．ＳＭを超えるＳＨＡ１ハッシュを計算することによって、７１４において受取人が認証される。つまり、Ｈ＿ｒ＝ＳＨＡ１（ＳＭ）。
【００５０】
１１．計算されたハッシュＨ＿ｒがＨ＿Ｓに等しくない（Ｈ＿ｒ＜＞Ｈ＿ｓ）場合、
ａ．発送人のサブシステムにＳＡ認証エラーを報告する。
ｂ．発送人のサブシステムにより「削除通知」メッセージをフォーマット処理し、ＩＳＡＫＭＰＳＡキーでそれを暗号化して遠隔ピアに送る。
ｃ．発送人のサブシステムを使用して、「削除通知」メッセージを除去するようにＣＣＭに指示する。
そうでなければ、ステップ１２に進む。
【００５１】
１２．７１６において、ステップ１の共用の秘密キーを使用して、受取人がＳＭを復号化する。復号化されたセッションデータをセキュリティサブシステム表にロードする。
【００５２】
配布されたセキュリティアソシエーションの確立−方法２
ハードウェイア装置がそっくりそのまま方法１を直接サポートできない場合、図１０に示すように、以下の代替方法を使用することができる。
【００５３】
１．７２０において、ＩＰＳｅｃセッションを開始させるサービスカード上で、入口・出口セキュリティサブシステムのいずれかが選択され、セキュリティアソシエーションをホストする。後述する代替実行形態では、ＩＰＳｅｃサブシステムがＳＡをホストする。
【００５４】
２．７２２において、メインモードとクイックモードのＩＫＥ交換を実行し、遠隔ピアでセキュリティアソシエーションを確立する。
【００５５】
３．７２４において、ＩＳＡＫＭＰＳＡキーで暗号化された「削除通知」メッセージを作成し、制御カード３６上のＣＣＭ８６に送る。
【００５６】
４．７２６で示すように、ＣＣＭ８６においてサービスカード識別子を記録し、新たに作成されたセキュリティアソシエーション用のピアアドレスをＣＣＭ８６において記録する。
【００５７】
５．抽出する。これは以下のものを含むが、これらに制限されない：
ａ．ＳＡ＿ＳＰＩ
ｂ．ＳＡ＿ＳＰＩ＿Ｔｙｐｅ（ＡＨ＿Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ＡＨ＿Ｔｕｎｎｅｌ，ＥＳＰ＿Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ＥＳＰ＿Ｔｕｎｎｅｌ）
ｃ．ＳＡ＿ＭＡＣ＿Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＳＨＡ１，ＭＤ５）
ｄ．ＳＡ＿ＭＡＣ＿Ｋｅｙ＿Ｖａｌｕｅ
ｅ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＤＥＳ，３ＤＥＳ）
ｆ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ｍｏｄｅ（ＥＣＢ，ＣＢＣ）
ｇ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ｋｅｙ＿Ｖａｌｕｅ
そして、セッションデータ（ＳＤ）のメッセージを形成する全ての値を鎖状に繋げる。
【００５８】
６．７２８において以下のセキュリティメッセージ（ＳＭ）を形成し、他のセキュリティサブシステムに送る：
ａ．ＳＭを超えるＳＨＡ１ハッシュＨ＿ｓ、つまり、Ｈ＿ｓ＝ＳＨＡ１（ＳＭ）を計算する。
ｂ．セキュリティメッセージにＳＨＡ１ハッシュを付け加える、つまり、ＳＭ＝（ＳＭ｜｜Ｈ＿ｓ）を形成する。
【００５９】
７．ＳＭを他のセキュリティサブシステムに送る。
【００６０】
８．ＳＭの受信と同時に、受取人がＨ＿ｓの値をＳＭから除去する。つまり、ＳＭ＝ＳＭ−Ｈ＿ｓ。
【００６１】
９．ＳＭを超えるＳＨＡ１ハッシュを計算することによって、７３０において受取人が認証される。つまり、Ｈ＿ｒ＝ＳＨＡ１（ＳＭ）。
【００６２】
１０．計算されたハッシュＨ＿ｒがＨ＿Ｓに等しくない（Ｈ＿ｒ＜＞Ｈ＿ｓ）場合、
ａ．発送人のサブシステムにＳＡ認証エラーを報告する。
ｂ．発送人のサブシステムが「削除通知」メッセージをフォーマット処理し、ＩＳＡＫＭＰＳＡキーでそれを暗号化して遠隔ピアに送る。
ｃ．発送人のサブシステムが「削除通知」メッセージを除去するようにＣＣＭに指示する。
そうでなければ、ステップ１１に進む。
【００６３】
１１．７３２において、セッションデータをセキュリティサブシステム表にロードする。
配布されたセキュリティアソシエーションの確立−方法３
高速ネットワーク装置では、方法１もしくは方法２のいずれかに関連するオーバーヘッドが性能ペナルティを課すかもしれない。ＩＰＳｅｃアーキテクチャはセキュリティアソシエーションのマニュアルの構成を考慮に入れる。従って、図１１を参照して説明する以下の代替案を使用することができる。
【００６４】
１．ステップ７４０において、ＩＰＳｅｃセッションを開始させるサービスカード上で、入口・出口セキュリティサブシステムのいずれかが選択され、セキュリティアソシエーションをホストする。後述する代替実行形態では、ＩＰＳｅｃサブシステムがＳＡをホストする。
【００６５】
２．７４２において、メインモードとクイックモードのＩＫＥ交換を実行し、遠隔ピアでセキュリティアソシエーションを確立する。
【００６６】
３．７４４において、ＩＳＡＫＭＰＳＡキーで暗号化された「削除通知」メッセージを作成し、制御カード３６上のＣＣＭ８６に送る。
【００６７】
４．７４６において、ＣＣＭ８６においてサービスカード識別子を記録し、新たに作成されたセキュリティアソシエーション用のピアアドレスをＣＣＭ８６において記録する。
【００６８】
５．セッションデータを抽出し、セッションデータ（ＳＤ）メッセージを形成する全ての値を連結する。セッションデータは以下のものを含むが、これらに制限されない：
ａ．ＳＡ＿ＳＰＩ
ｂ．ＳＡ＿ＳＰＩ＿Ｔｙｐｅ（ＡＨ＿Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ＡＨ＿Ｔｕｎｎｅｌ，ＥＳＰ＿Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ＥＳＰ＿Ｔｕｎｎｅｌ）
ｃ．ＳＡ＿ＭＡＣ＿Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＳＨＡ１，ＭＤ５）
ｄ．ＳＡ＿ＭＡＣ＿Ｋｅｙ＿Ｖａｌｕｅ
ｅ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＤＥＳ，３ＤＥＳ）
ｆ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ｍｏｄｅ（ＥＣＢ，ＣＢＣ）
ｇ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ｋｅｙ＿Ｖａｌｕｅ
そして、セッションデータ（ＳＤ）のメッセージを形成する全ての値を鎖状に繋げる。
【００６９】
６．７４８において示すように、形成されたＳＭを他のセキュリティサブシステムに送る。
【００７０】
７．受信セキュリティサブシステムによってセキュリティアソシエーションを手動で作成する。７５０において、受信セキュリティサブシステムは受信したセキュリティメッセージ内のデータでＳＡを満たす。
【００７１】
いずれかの交換方法によれば、そのプロトコルタイプがＩＰＳｅｃ処理（暗号化）を受けているかどうかを示すデータパケットをＳＣ入口プロセッサ６２が受信すると、パケットは直ちに復号化のために入口セキュリティプロセッサ７３に転送される。復号化によってＩＰパケットが生じる。このＩＰパケットは次にＳＣ入口プロセッサ６２に送り返される。ＳＣ入口プロセッサ６２がこのパケットを受け取ると、５組変数（ソースアドレス、ソースポート、目的地アドレス、目的地ポート、プロトコルタイプ）を使用して、このパケットのセキュリティポリシーを再びチェックする。次の３つの場合が考えられる。（１）ＩＰパケットが落ちこぼれないように、ＩＰＳｅｃ処理を伴ってパケットが到着すべきでないことを、ポリシールックアップが示している。（２）パケットはＩＰＳｅｃ処理を伴ってパケットが到着すべきであり、このＳＣ２４上での更なるプロトコル処理（それは出口におけるＩＰＳｅｃ処理を含み得る）に送られる。（３）パケットは別のＩＰＳｅｃパケットであり、セキュリティ処理が新たに始まる。出口処理が終了すると、出口バス６９と出口プロセッサＦＰＧＡインターフェイス１０８を介して、パケットがＳＣ出口プロセッサ６４に転送される。
【００７２】
ＳＣ入口プロセッサ６２がパケットを受信し、このパケットが出口においてＩＰＳｅｃ処理を必要としており、指定された遠隔ピアを備えたＳＡが存在することをポリシールックアップが示している場合、パケットは、高速ブリッジ７０”を介して出口セキュリティプロセッサ７４へ直ちに転送される。セキュリティ処理の後、結果として生じたパケットは、出口バス６９と出口プロセッサＦＰＧＡインターフェイス１０８を介して、更なるプロトコル処理のためにＳＣ出口プロセッサ６４へと、あるいは出口バス６９と出口ネットワークプロセッサインターフェイス１０４を介してＳＣ出口ネットワークプロセッサへ転送される。
【００７３】
図１２は代替実行形態を示しており、鍵交換を実行し、入口及び出口セキュリティプロセッサ６２、６４にセキュリティアソシエーションを配布するために、別の専用ＩＫＥサブシステム９０が設けられている。頻繁に再キーイングを行うセキュリティに対する高い要求を含むアプリケーションでは、暗号サポートのためにセキュリティプロセッサ７３（又は７４）を使用し、ＩＫＥプロトコル状態を生成させて維持するためにＩＫＥプロセッサ（マイクロプロセッサ）１１２を使用するので、この構造が好都合である。ＩＫＥプロトコルが終了すると、ＩＫＥプロセッサ９０から入口セキュリティプロセッサ７３と出口セキュリティプロセッサ７４に、結果的に生じたＳＡが転送される。上記の３つの例の１つにおけるように、その後配布手順が行われる。ＩＫＥサブシステム９０は専用の形式でＩＫＥを処理する。高速パスコプロセッサ６８上でソフトウェイアがホストされる。ＩＫＥサブシステムが鍵交換のみのアルゴリズム及びマス（math）を走らせる。次にＩＫＥサブシステム９０はＳＡを配布する。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明はモジュラーユニットに基づく装置を提供する。このようなモジュラーユニットを表すために表現カードを使用する。モジュールは加算や減算が可能であり、同じ冗長モジュールと組み合わせてよい。しかしながら、本発明のプリンシパルは（モジュールを備えない）１つのユニットで実行されても、あるいは異なる機能グループの他の特徴と組み合わせた上述のモジュールの特徴を備えた１つのユニットで実行されてもよい。
【００７５】
本発明の原理の応用を示すために、本発明の特殊な実行形態を図示し、詳細に説明してきたが、本発明はこのような原理から逸脱することなく、別の方法で具体化されてもよいことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明による装置を使用したシステムの概略図である。
【図２】本発明による装置を使用した別のシステムの概略図である。
【図３】本発明による処理方法及びシステムを示す図である。
【図４】図３に示した処理方法の更なる処理態様を示す図である。
【図５】本発明による装置の一実行形態のシステム成分を示す図である。
【図６】本発明の一実行形態によるサービスカード構造を示す図である。
【図７】本発明の２つの異なる実行形態用のサービスカードと制御カードの相互作用を示す図である。
【図８】本発明の一実行形態によるセキュリティシステムのコンテクストを示す図である。
【図９】安全な通信のための本発明による方法の一例を示す流れ図である。
【図１０】安全な通信のための本発明による方法の別の例を示す流れ図である。
【図１１】安全な通信のための本発明による方法の別の例を示す流れ図である。
【図１２】本発明の別の実行形態によるセキュリティシステムのコンテクストを示す図である。
【０００１】
本発明は、一般的にはネットワークシステムに関し、より詳細には、安全な通信のためにインターネットセキュリティプロトコル等のセキュリティプロトコルに従う暗号化による、ネットワークピア間の通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットセキュリティプロトコル（ＩＰＳｅｃ）は、インターネットプロトコル（ＩＰ）用にセキュリティサービスを提供するために設計されたプロトコル一式である。ＩＰＳｅｃ内において、強力な認証と強力な暗号化のために数学的アルゴリズムが広範囲に使用される。これらのアルゴリズムは計算上集中的であり、データ交換に関してかなりの処理のオーバーヘッドを構成する。従って、計算を加速するためにしばしば専門のハードウェイアが使用される。例えば、２０００年のモーガン・カフマン（Ｍｏｒｇａｎ Ｋａｕｆｍａｎｎ）によるＩＰＳｅｃ ＲＦＣのビッグブック（Ｔｈｅ Ｂｉｇ Ｂｏｏｋ ｏｆ ＩＰＳｅｃ ＲＦＣｓ）に、認証及び暗号化アルゴリズムのフルセット、及びＩＰＳｅｃにより支持されるプロトコルが明示されている。
【０００３】
ＩＰＳｅｃプロトコル一式は３つの全体的な部品を備えた構造を提供する。ＩＰ用認証ヘッダ（ＡＨ）を使用して、鍵交換タイプに応じて、データが送信中に修正されていないこと、データが真正に明白なソースから届いたことを通信当事者（パーティ）達が確認する。送信中の盗聴に対する保護のためにデータを暗号化する、ＩＰ用のカプセル化セキュリティペイロード（ＥＳＰ）フォーマットが使用される。プロトコルネゴシエーション及び鍵交換（キーエクスチェンジ）プロトコル、インターネット鍵交換（ＩＫＥ）を使用し、安全な通信方法を通信当事者達が取り決めることができるようにする。ＩＫＥはインターネットセキュリティアソシエーション鍵管理（ＩＳＡＫＭＰ）メッセージセットから特殊なメッセージを実行する。ＩＫＥを使用して、ピア間にセキュリティアソシエーション（ＳＡ）が確立される。ＳＡは、ピアにおいて処理エンティティが他のエンティティとの通信に関して把握する必要がある全ての事項をグループ分けする。これはセキュリティアソシエーションデータベースの形で論理的に実行される。ＳＡは、ＩＰＳｅｃの元で、以下の事項を規定する：
＊ＡＨにおいて使用される認証アルゴリズムのモード、及びその認証アルゴリズムに対する鍵、
＊ＥＳＰ暗号化アルゴリズムモード、及びその暗号化アルゴリズムに対する鍵、
＊その暗号化アルゴリズムにおいて使用される暗号同期化の存在及びサイズ（又は欠如） 、
＊通信の認証方法（どのプロトコル、どの暗号化アルゴリズム、及びどの鍵を使用するか）、
＊通信の秘密をいかにして守るか（どのアルゴリズム及びどの鍵を使用するか）、
＊これらの鍵を何回くらい変更するか、
＊ＥＳＰにおける使用のための認証アルゴリズム、モード及び変換と、そのアルゴリズムによって使用される鍵、
＊鍵の寿命、
＊ＳＡ自体の寿命、
＊ＳＡソースアドレス、
＊感度レベル記述子。
【０００４】
ＳＡはネットワークピアにセキュリティチャネルを提供し、ピアは個々のユニット、グループ、別のネットワーク、又はネットワークリソースであってよい。様々な異なるクラスのセキュリティチャネルがＳＡによって確立されてよい。ＩＰＳｅｃネットワークエンティティは、安全な仮想プライベートネットワークを構築することができる。ＥＳＰを使用して、安全なトンネリングと呼ばれる安全な仮想プライベートネットワークサービスが提供され、元のＩＰパケットヘッダがＥＳＰ内でカプセル化される。普通なら受け付けられないであろう、プライベートでルータブルなＩＰアドレスが公衆網（インターネット）を通して通過できるようにするセキュリティゲートウェイのルータブルアドレスを含む新たなＩＰヘッダが付加される。トンネリングによって、元のソース及び送信先アドレスが、公衆網の使用者に対して隠される。
【０００５】
ＩＰＳｅｃプロトコルはＩＰベースのネットワーク内の２つのエンティティ間で操作される。これらのエンティティが安全にデータを交換するために、これらのエンティティは、
１．使用すべき保護タイプについて同意しなければならない。保護はデータソース認証、データの完全性、又はデータの秘密性であってよいし、それらの組み合わせであってもよい。
２．選ばれた保護タイプに関して、各エンティティが使用するアルゴリズムと他のパラメータについて同意しなければならない。２つのエンティティが互いに認証し合い、データ交換のために使用される共用の秘密鍵の交換のために、ＩＳＡＫＭＰセキュリティアソシエーションと、暗号化及び復号化鍵を確立する。ＩＰＳｅｃプロトコルを制御するメッセージを安全に通過させるために、ＩＳＡＫＭＰＳＡを使用する。
３．選ばれた保護タイプに関して、同意したセキュリティレベルを達成するためにアルゴリズム内で動作するキーイング材料について２つのエンティティが同意する。このステップにおけるネゴシエーションは、（ＩＫＥＳＡと同様の）ＩＳＡＫＭＰＳＡ鍵を使用して暗号化される。
４．これらのエンティティは、データ交換において選ばれた保護タイプを適用し、周期的にキーイング材料を変更する。
【０００６】
ステップ１〜３はＩＳＡＫＭＰＳＡとは全く別なＩＰＳｅｃセキュリティアソシエーション（ＳＡ）を両エンティティ間に生じさせる。これらのステップは、インターネット鍵交換プロトコル（ＩＫＥ−クイックモード、ＲＦＣ２４０９を参照）に略等しい。ＩＰＳｅｃセキュリティアソシエーションは単向性である。エンティティＸとエンティティＹがＩＫＥを完了した場合、エンティティＸがエンティティＹとのセキュリティアソシエーションを有し、エンティティＹはエンティティＸとのセキュリティアソシエーションを有する。これら２つのアソシエーションは明確に異なり、各々が、ＩＰＳｅｃＳＡを一意に識別するセキュリティパラメータインデックス（ＳＰＩ）と呼ばれる３２ビットの数を運ぶ。ＳＰＩは２つのエンティティ間で交換される各データパケットで運ばれ、受信者が以前に同意したアルゴリズムと鍵のセットを特定できるようにする。
【０００７】
例えば、エンティティＸはエンティティＹのＳＰＩをエンティティＹ用に定められたパケットに置き、エンティティＹはエンティティＸのＳＰＩをエンティティＸ用に定められたパケットに置く。受取人は典型的に、ＳＡに関する全ての情報を検索するために、セキュリティアソシエーションデータベースへのインデックスとしてＳＰＩを使用する。
【０００８】
タイムリミットか、データ交換リミットか、シーケンス数カウンタの消耗のいずれかに従って、ＳＡは新たな組のキーイング材料によってリフレッシュされる。いずれかの側が既存のＳＡの除去を望む場合、特定のＳＡのために削除通知を送ってもよい。故障によってＳＡにアクセスできない場合、削除通知を通してこの故障をピアに通知することが特に好都合である。これは、入口ＳＡの欠如のために捨てる必要があるデータパケットをピアが送るのを防止する。これは各々のピアにおいて処理リソースを保存する。
【０００９】
ＩＫＥプロトコルの性質のために、特定のＩＰアドレスに向かうにつれて、各エンティティにおいて同じ処理機能によってこれを実行しなければならない。１つのエンティティ内の処理機能の間でプロトコルを容易に配布することができない。高性能ネットワーク装置では、数学的アルゴリズムを動作させて鍵を生成させ、ＩＫＥ内でメッセージフィールドを設定するために暗号化と認証を実行し、ＩＰＳｅｃメッセージを特殊なハードウェイアで加速してもよい。あるいは、高度に最適化されたソフトウェイアを使用してもよい。
【００１０】
ＩＫＥプロトコルは、各エンティティの処理において、暗号化機能の知識と、そのピアに定められた鍵と、復号化機能の知識と、ピアからのトラフィック用の鍵とを生じる。この二組の情報は、ＩＫＥの終了時にエンティティの処理機能内でのみ利用できる。処理エンティティの故障の場合、典型的に、そこでホストされるセキュリティアソシエーションが期限切れとなる。予備の処理エンティティが故障したエンティティの役割を果たす場合、ピア間で新しいＳＡを取り決める。
【００１１】
ＩＰＳｅｃを展開する際に、入口パケットと出口パケットがセキュリティシステム又は暗号化・復号化用のサブシステムを通過してもよい。セキュリティシステム又はサブシステムは、ＩＫＥのソースであり、従ってＳＡを維持する（一箇所においてＩＫＥがＩＰＳｅｃＳＡをもって終了する）。入口トラフィックと出口トラフィックが各々１つの暗号化・復号化用に１つの処理機能を通過しなければならないので、これは重大な処理の妨げとなり得る。暗号化及び／又は認証材料の生成を必要とする流れの間で不均衡がある場合が多く、これらは復号化及び／又は認証材料の確認を必要とする。従って、入口セキュリティトラフィックが出口セキュリティトラフィックを妨げ得るし、その逆もありえる。適所に多数のＨＷ加速装置を使用することでスループットを上昇させる。しかしながら、加速装置は入口と出口のＩＰＳｅｃＳＡを有するので、やはりボトルネックがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は入口と出口のＩＰＳｅｃセキュリティアソシエーションを配布することによって、この回線争奪問題を解決する。別のセキュリティサブシステムも実装されるが、両セキュリティサブシステム共に暗号アルゴリズム用のハードウェイア加速サポートを備えている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、データの送受信用に、また送信用のパケットを受信し、受信したデータからパケットを転送するために、ネットワーク用物理的インターフェイスがネットワークゲートウェイ装置に設けられる。鍵交換を準備し、ネットワークピアとの通信用の暗号化及び復号化のために使用されるセキュリティアソシエーション（ＳＡ）をホストするパケットプロセッサが設けられる。パケットプロセッサは、パケットを復号化するための復号化プロセッサを備えた入口処理セキュリティサブシステムと、パケットを暗号化するための出口処理セキュリティサブシステムとを具備する。入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムの一方又は双方に、入口ＳＡと出口ＳＡの一方又は両方が設けられる。
【００１４】
パケットプロセッサは、鍵交換を処理し、入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムにＳＡを配布するプロセッササブシステムを具備していてもよい。その代わりとして、入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムが、ネットワークピアとの通信用の暗号化及び復号化のために使用されるセキュリティアソシエーション（ＳＡ）をホストしてもよい。入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムの一方が、入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムの他方に対して少なくとも1つの入口ＳＡと出口ＳＡを配布する。
【００１５】
パケットプロセッサは、受信したパケットの入口処理用の入口プロセッサシステムと、送信のためにパケットを処理する出口プロセッサシステムとを好都合に具備していてもよい。入口プロセッサシステムは、入口パケットプロセッサと入口処理セキュリティサブシステムとを具備する。出口プロセッサシステムは、出口パケットプロセッサと出口処理セキュリティサブシステムとを具備する。入口プロセッサと出口プロセッサ間の相互接続と、入口プロセッサと物理的インターフェイス間の相互接続と、出口プロセッサと物理的インターフェイス間の相互接続とを含む相互接続が提供される。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、ネットワークエンティティ間の安全な通信のための方法が提供される。当該方法はネットワークインターフェイスと、入口処理サブシステムと出口処理サブシステムを含むパケット処理システムとの物理的接合部とを備えた装置の提供を含む。ネットワークエンティティと他のネットワークエンティティ間で鍵交換が行われる。鍵交換の完了と同時に、セキュリティアソシエーション（ＳＡ）は鍵交換に基づいてホストされる。ＳＡはパケット処理システムの処理エンティティと関連付けて保存される。ＳＡは認証と、暗号化と、及び鍵の変更とに関する情報を含む。データはセキュリティアソシエーションから抽出又は引き出され、セキュリティアソシエーションをホストする処理エンティティから、入口処理サブシステムと出口処理サブシステムの一方又は両方にセキュリティメッセージとして送られ、処理サブシステムにおいてセキュリティアソシエーションを提供する。
【００１７】
入口セキュリティサブシステムと別の出口セキュリティサブシステムが提供される。一方の（入口又は出口の）セキュリティサブシステム、あるいはセキュリティサブシステムの別のエンティティがＩＫＥをホストし、従ってＩＳＡＫＭＰＳＡもホストする。ＩＰＳｅｃＳＡが他方の（入口又は出口の）セキュリティサブシステムに対して配布されるか、あるいはセキュリティサブシステムの各々に対して配布される。ＩＫＥは１つのプロセッサ上で動作し、ＩＰＳｅｃＳＡを確立し、ＩＳＡＫＭＰ（ＩＫＥ）ＳＡを保持する。ＩＰＳｅｃＳＡの一方（又は両方）がセキュリティサブシステムへと動かされる。ＩＰＳｅｃＳＡは単方向性であるので、それらが同じセキュリティサブシステム上にある必要はない。
【００１８】
ＩＰＳｅｃをホストするセキュリティサブシステム又はＩＰＳｅｃサブシステムがＩＫＥを開始する。ハードウェイア加速装置がＩＫＥメッセージング用の数学を加速するが、ＩＫＥ状態マシンはソフトウェイアベースである。ＩＫＥが例えば出口セキュリティサブシステム上でホストされる場合、ＩＫＥが終了して、安全なＩＰＳｅｃ制御メッセージのために使用されるＩＳＡＫＭＰＳＡと、２つのピア間でデータトラフィックを処理するために使用されるＩＰＳｅｃＳＡを提供する。この例では、ＩＳＡＫＭＰＳＡは出口セキュリティサブシステム上に留まり、出口ＩＰＳｅｃＳＡは出口セキュリティサブシステム上で保持される。この時点で、保持された出口ＩＰＳｅｃＳＡに対応する入口ＩＰＳｅｃＳＡは、入口セキュリティサブシステムへと動かされている。
【００１９】
ここで説明する発明は、セキュリティサービスを必要とする入口処理フローと出口処理フローが暗号化・復号化サービスを獲得するために争うことによる処理のボトルネックを軽減する。更に、ピアＳＡの順序正しい削除と新たなＳＡの再確立を可能にするセキュリティコンテクストを保存することによって、障害の許容範囲を維持する。デザインの顕著な特徴を以下に記す：
１）（入口又は出口）セキュリティサブシステム、あるいはＩＫＥサブシステム、あるいはＩＰＳｅｃサブシステムは確立、保守及びＩＳＡＫＭＰとＩＰＳｅｃＳＡとの開放に対する責任を有する。入口セキュリティサブシステム又は出口セキュリティサブシステムのいずれかにおいて、ハードウェイア加速によって、ＩＫＥの結果として作り出されたＳＡを実行することができる。一旦ＳＡが確立されると、ＩＰＳｅｃサブシステムはパケットの処理に直接関与しない。これはセキュリティサブシステムに対する入口と出口のパケットプロセッサインターフェイスを介してセキュリティサブシステムによって実行される。
２）所定のＩＰＳｅｃＳＡに対する入口パケットと出口パケットの処理は、入口パケットの復号化と認証専用のハードウェイア加速装置（例えば、特定用途向け集積回路）、及び出口パケットの暗号化と認証生成専用のハードウェイア加速装置によって実行される。従って、入口パケットと出口パケットが１つのハードウェイアリソースを求めて争うことはない。
３）上述の２）を容易にするために、ＳＡが確立されると、（入口又は出口）セキュリティサブシステム、あるいはＩＫＥサブシステム、あるいはＩＰＳｅｃサブシステムは、システム初期化時に生成された特定サービスカード用鍵によって打鍵された対称的なブロック暗号を使用してＳＡ情報を暗号化する。その後、ハードウェイア加速装置からＳＡ情報を抽出し、他のハードウェイア加速装置にコピーする。ＳＡが入口ハードウェイア加速装置に確立されている場合、出口ハードウェイア加速装置に対してコピーが為され、その逆も可である。
【００２０】
以下、本開示に添付され、本開示の一部を構成するクレームを参照して、本発明を特徴付ける新規な様々な特徴を指摘する。本発明と、本発明の使用により達成される動作上の利点と、特定の目的とをより良く理解するために、添付図面及び本発明の好適実行形態を説明する説明部分を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
特に図面を参照して、本発明はネットワークインフラストラクチャ装置又はモバイルインターネットゲートウェイ１０と、ゲートウェイ１０を使用する通信方法よりなる。図１及び図２は本発明の２つの可能な展開を示している。本発明は２つ以上のネットワーク間の分離点を形成することができるし、あるいは１つ以上のネットワークに属することができる。ゲートウェイ１０は無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）１４を介したモバイル加入者とのデータトラフィックを処理する。図１に示すように、ＲＡＮ１４のユーザから到着するか、ＲＡＮ１４のユーザに向けられたデータトラフィックは、モバイルユーザに特定の、またＲＡＮ技術に特定の１つ以上のデータ通信プロトコルを使用しなければならない。ＩＰルータネットワーク（例えばインターネット）１２から到着するか、あるいはＩＰルータネットワーク１２に向けられたトラフィックは、種々のＩＰベースのプロトコルを使用することができ、時にはそれらの組み合わせも使用できる。ここで説明するゲートウェイ１０の構造、パケットゲートウェイノード（ＰＧＮ）１０は、ＲＡＮ１４とＩＰルータネットワーク１２に対してプロトコルサービスを提供することができ、性能を大きく低下させることなくユーザ数を多数拡大でき、高度に信頼できるシステムを提供できるという課題を解決する。更にＰＧＮ１０は、モバイル加入者の管理（例えば、使用制限や方針施行）と共に、請求及び／又は課金目的用のトラッキング処理を提供する。
【００２２】
概して１２で示されるＩＰルータネットワークは、様々な異なるネットワークに対する接続を含むことができる。ＩＰルータネットワーク１２は、例えば、インターネットを含むことができ、外部インターネットプロトコルネットワーク１９に対する接続を有することができ、それはインターネットサービスプロバイダ及びアクティブサーバページ１８に対する接続を提供するか、あるいは企業内ネットワーク１７に対する接続を提供することができる。更にＩＰルータネットワーク１２は、電話網（ＰＳＴＮ）ゲートウェイ１６、又は例えばローカルリソース（データ記憶装置等）１５への接続を提供することができる。図１及び図２の図は全てを含んだものではない。その他のネットワークや様々な異なるプロトコルのネットワーク接続も提供される。ＰＧＮ１０は１つ以上のネットワーク間通信を提供してもよいし、あるいは同じネットワークのユーザ間の通信を提供してもよい。
【００２３】
入口処理量と出口処理量とが異なる場合もしばしばある。図３は装置の一態様と本発明の方法を示しており、それによって入口処理と出口処理が異なる処理システム間で分割されている。物理的インターフェイス１１のＰＧＮ１０においてパケットが受信され、物理的インターフェイス１１を介してＰＧＮ１０からパケットが送信される。物理的インターフェイス１１は、後述するように、１つ以上のラインカード２２として設けられてよい。入口処理システム１３は相互接続１７を介して物理的インターフェイス１１に接続される。入口処理システム１３は受信したパケットの入口処理を行う。このパケットの入口処理は、プロトコル変換、脱カプセル化、復号化、認証、ポイントツーポイントプロトコル（ＰＰＰ）終了及びネットワークアドレス変換（ＮＡＴ）の少なくとも１つ以上を含む。出口処理システム１５は相互接続１７を介して物理的インターフェイス１１に接続され、更に相互接続１７を介して入口処理システム１３にも接続される。出口処理システム１５は送信すべき受信パケットの出口処理を行う。このパケットの出口処理は、プロトコル変換、カプセル化、暗号化、認証データ生成、ＰＰＰ生成及びＮＡＴの少なくとも１つ以上を含む。入口プロセッサ１３と出口プロセッサ１５は、物理的インターフェイス１１と一体化された装置の一部として提供されてもよい。更に、入口プロセッサ１３と出口プロセッサ１５は、相互接続１７を介して１つ以上のラインカード２２に接続される１つ以上のサービスカード２４の一部として提供されてもよい。この処理方法及び配置は入口処理と出口処理を平行して進行させることができる。
【００２４】
図４に示すように、１つのサービスカード２４’が入口処理を提供し、別のサービスカード２４”が出口処理を提供してもよい。入口処理又は出口処理を、１つ以上のサービスカード２４間に分散させてもよい。図４に示すように、１つのサービスカード２４’が入口プロセッサシステム５０と出口プロセッサシステム５２を含む。２２’で示されたラインカードＬＣ１からパケットが受信され、入口プロセッサ５０に入り、そこで処理されて端末相互間パケットを作成する、つまり、（元のＩＰパケットヘッダがカプセル化されている）トンネルを終了させ、インターネットプロトコルセキュリティ（ＩＰＳｅｃ）パケットを復号化し、ポイントツーポイントプロトコル（ＰＰＰ）を終了させ、ＮＡＴ又はＮＡＴ−ＡＬＧを実行する。次に、相互接続１７を介して、端末相互間パケットを別のサービスカード２４”に送る。この別のサービスカード２４”において、出口プロセッサシステム５６が端末相互間パケットをカプセル化及び暗号化し、インターフェイス１１においてネットワークへと伝送するために２２”で示されるＬＣ２にパケットを送る。
【００２５】
プロセッサシステム（図３の例では１３及び１５、また図４の例では５０、５２、５４、５６）の各々には、好ましくは特定の目的のために作られたプロセッサが設けられる。これは特定のパケット、セキュリティパケット及び制御パケットの処理及び簡単なプロトコル変換処理を同時に実行できるようにする。これによってＰＧＮ１０が当該装置のために待ち行列の単一点を使用できるようになる。パケット列は伝送を待っているパケットの待ち行列を作成する。処理路におけるこのパケット待ち行列位置は、パケットが当該装置に到着してから送信されるまでのパケット専用バッファ位置である。このパケットは、物理的インターフェイスにおいて確立されたライン速度（パケット入口速度）で当該装置を出るか、あるいは処理を完了する。各プロセッサシステムは好ましくは、パケットが当該装置に入った速度以上の速度でパケットを処理する高速パスプロセッササブシステム６２又は６４を具備する。高速パスプロセッササブシステム６２、６４は、パケットを１つのプロトコルから別のプロトコルへ変換するプロトコル変換処理を提供する。好ましくは、各プロセッサはセキュリティパケットを処理するセキュリティプロセッササブシステム７３・７４と、制御パケット用の制御サブシステム７０と、特定パケット用の高速コプロセッササブシステム６８とを具備する。これらのプロセッササブシステムは同時に処理を行う。装置１０はコンテクスト（ユーザトラフィックに関する情報）が他のコンテクストから仮想的に分離されるようにする。更に、必要である場合、多数のサービスカードの使用により、コンテクストが物理的に分離される。
【００２６】
図５はハードウェア構造の一実行形態を示す図である。装置１０のシステムアーキテクチャは、スイッチ構造（ファブリック）又はファブリックカード（ＦＣ）２０を介したラインカード（ＬＣ）２２とのトラフィックからパケット処理を分割する。処理はサービスカード（ＳＣ）２４において行われる。ＬＣ２２は各々ＬＣバス２６（静的ＬＣバス）を介してＦＣ２０に接続される。ＳＣ２４はＳＣ静的バス２８と、ＳＣ動的バス（一次）３０と、ＳＣ動的バス（二次）３２とによってＦＣ２０と接続される。制御カード（ＣＣ）３６はシリアル制御バス３８を介してＬＣ２２に接続される。ＣＣ３６はＰＣＩバス３４を介してＳＣ２４に接続される。ディスプレイカード（ＤＣ）４２は複数のＤＣバス４４を介してＣＣ３６に接続されてよい。ここで述べたカード（モジュール）のいずれかのために１つ以上の冗長カードを設けてもよい。ＰＧＮ１０の構造は装置１０を作り上げる全ての主要な成分タイプを同じものにできるようにする。これによって、Ｎ＋１冗長性（Ｎ個の活動成分、１個の予備部品）、又は１＋１冗長性（各活動成分のために１個の予備部品）を許容する。
【００２７】
ＬＣ２２は各々ネットワークトラフィック１３用のネットワークインターフェイス１１を提供する。ＬＣ２２は、システム用の全てのメディアアクセスコントローラ（ＭＡＣ）と物理層（Ｐｈｙ）機能を処理する。ＦＣ２０はデータパケットのカード間ルーティングを処理する。ＳＣ２４は各々転送パスとプロトコルスタックを実装することができる。
【００２８】
トンネル終了、暗号化、待ち行列作成及びスケジュール作成に対するパケット操作はＳＣ２４において発生する。システムの主制御装置はＣＣ３６である。ＣＣ３６はシステムを管理し、ネットワーク内の他のエンティティとの通信ポイント、つまり、ポリシーサーバ及びアカウンティングマネージャとして機能する。制御カードの目的の１つは、サービスカードの故障を認識し、予備部品がその機能を果たすように切り換える。サービスカードはＰＣＩバス３４を介して制御カードと通信する。（例えば５０における）入口処理を処理するどのサービスカード２４も、（例えば５６における）出口処理用の他のサービスカード２４にトラフィックを送ることができる。このように、当該装置は他のサービスカード２４に存在するかもしれない未使用容量を使用することができる。
【００２９】
ラインカード（ＬＣ−ｘ）２２は物理的インターフェイスを処理する。ラインカード２２はバス３８を介して（冗長）スイッチファブリックカード（ＦＣ）に接続される。ラインカード２２は２種類、つまり情報処理機能を持つものと、持たないものがあってよい。情報処理機能を持つラインカード２２は（レイヤー３、ネットワーク層までの）パケット分類を実行することができる一方、情報処理機能を持たないラインカード２２はパケット分類を実行できない。前者の場合、ＦＣ２０を介してどのサービスカード２４（ＳＣ）へも分類されたパケットをルーティングすることができ、そこで入口処理と出口処理が生成する。このルーティングは静的に構成することができるし、あるいはラインカード２２によって動的に決定することもできる。どのサービスカード２４も他の入口処理用のどのサービスカード２４にも（例えばＳＣ１ ２４’からＳＣ２ ２４”に）入口処理を必要とするトラフィックを送ることができる。入口トラフィックを分類する能力を備えたラインカード２２は、このようにルーティングを変更することによって入口サービスカード２４の未使用容量を使用することができる。これにより、最少負荷の入口プロセッサを備えたＳＣ２４にＬＣ２２がルーティングすることができるので、負荷平衡を許容する。後者の場合、ＳＣ２４に対するＬＣ２２の割り当てが静的であるが、プログラム可能である。冗長管理も容易になる。ラインカード２２が故障した場合、ＦＣ２０を通る流れを向け直すことによって、待機している予備部品に変えることができる。柔軟なルーティングによって、スイッチファブリックカード（ＦＣ）２０を通るルーティングの変更のみによって、どのサービスカード２４又はラインカード２２、特に予備のサービスカード２４又はラインカード２２も、別のサービスカード２４又はラインカード２２の役割を果たすことができるようになる。
【００３０】
拡張可能な性能をサポートするために、装置１０は入ってくるプロトコル（例えば、図４に示すような入口プロセッサ５０を通るＬＣ１ ２２’の入口パス）の処理と、出て行くプロトコル（例えば、図４に示すような出口プロセッサ５６を通るＬＣ２ ２２”の出口パス）の処理と、プロトコル制御メッセージングと、暗号化を必要とするトラフィックの特殊処理とを分割する。様々なプロトコルが実装され得る。物理層・リンク層（物理的インフラストラクチャ、リンクプロトコル−ＰＰＰ、イーサネット（登録商標）等）の上部と、アプリケーション層（ユーザとのインターフェイス、トランスポートプロトコル等）の下部で機能するネットワーク層においては、インターネットプロトコル（ＩＰ）を使用することが好ましい。当該装置１０は、ＩＰパケットの流れを確保するためにＩＰＳｅｃプロトコルと共に使用できる。安全な仮想プライベートネットワークが確立されるこのような状況では、ＰＧＮ１０はソフトウェイアプロセスにおいて、プロトコルスタックの実装を含む入口処理を実行する。入口側では、これは脱カプセル化、復号化、プロトコル変換、認証、ＰＰＰ終了及びＮＡＴを含み、出力は端末相互間パケットである。出口側では、端末相互間を認証データ生成、ＰＰＰ生成及びＮＡＴと共にカプセル化し、暗号化し、プロトコル変換することができる。
【００３１】
図６はサービスカード２４（ＳＣ−ｘ）の一例を示している。各ＳＣ２４は、入口処理サブシステム６２（高速パス処理用）を備えた入口処理と、物理的に別個の出口処理サブシステム６４（高速パス処理用）を備えた出口処理を提供する。これらのサブシステム６２、６４の処理機能は別個のものである。各入口処理システムは、特殊処理用の別個のパス６６と、特殊処理用の別個の成分６８、７０、７３を含む。各出口処理システムは特殊処理用の別個のパス６９と、特殊処理用の別個の成分６８、７０、７４を含む。入口と出口のＰＣＩバス６６、６９は制御プレーンからデータプレーンまでの中央データプレーンインターフェイスである。入口ＰＣＩバス６６は、入口プロセッサ６２と暗号化サブシステム又はセキュリティサブシステム７３と、高速パスコプロセッササブシステム６８と制御プロセッサシステム７０とを接続する。ＰＣＩバス６９は、出口処理システム用に同様の接続を提供する。
【００３２】
ＳＣ２４’等のサービスカードの役割はＩＰパケットを処理することである。ＩＰパケットはＦＣインターフェイス２０を通してＳＣ２４’に入る。これは、例えばＬＣ１ ２２’からの到着トラフィックである。パケットはＣＳＩＸリンク７８Ｉを介して入口プロセッサシステム５０の入口処理サブシステム６２に入り、そこで加入者データパケットと制御データパケットとに分類される。制御パケットは２個のマイクロプロセッサの１つ、つまり制御プロセッサ７０又は高速パスコプロセッサ６８に送られる。ソフトウェイアにより実装されるプロトコルスタックは、制御プロセッサ７０又は高速パスコプロセッサ６８においてパケットを処理する。加入者データパケットは入口処理サブシステム６２及び／又はセキュリティサブシステム７３によって処理され、端末相互間パケットを作成する（つまり、トンネルを終了させ、ＩＰＳｅｃパケットを復号化する）。端末相互間パケットは出口プロセッサ（例えばＦＣ２０を介して別のＳＣ２４”）に送られる。パケットはＣＳＩＸリンク８３及びＦＣ２０へのインターフェイス７２を通って出力される。パケットは（特定のＳＣ２４のＣＳＩＸリンク８０を介して）別の入口プロセッサに送られてもよい。パケットはＣＳＩＸリンク７７を介して出口プロセッサシステムに入る。これは別のサービスカード（例えばＳＣ２４”）を使用して行うことができ、そこで全ての必要なカプセル化と暗号化が行われる。次にパケットは、例えばＬＣ２ ２２”に送られ、ＬＣ２ ２２”はパケットをネットワークに伝送しなければならない。制御プロセッサと高速パスコプロセッサ上で動作するプロトコルスタックは、伝送用に出口プロセッサへとパケットを注入してもよい。
【００３３】
入口と出口用の処理資源を、所定の加入者トラフィック用の異なるサービスカード２４に割り当てて、処理負荷を均衡させることができ、こうして、高レベルのスループットを維持する機構を提供する。典型的に、加入者データセッションは、入口用の所定のＳＣ２４に確立され、また出口用に同じＳＣ２４あるいは別のＳＣ２４に確立される。このセッション及びそのコンテクストに関連する情報が（例えば処理サブシステム６２と６４、セキュリティサブシステム７３と７４の）入口、出口プロセッサに維持される。入口から入口への（例えば、バス３２、ＦＣ２０、ＦＣインターフェイス７２及びＣＳＩＸリンク８０を介してＳＣ２４”からの）ルーティングは、（ユーザが移動して、異なるパスを介して入ってくるかもしれないというモバイルユーザの性質のために）トラフィックが異なるＬＣ２２を介して入り、コンテクストを保持する入口処理サブシステム２４（例えば、ＳＣ２４’の入口処理サブシステム６２）によって処理されることを可能にする。これは、コンテクスト位置の維持を犠牲にしてコンテクストを動かす必要性を除去する。例えば、装置バス７５を介して制御サブシステム７０とプロセッササブシステム６２とサブシステム６４に接続されているメモリコントローラ７６によって、コンテクスト情報が保持、制御されてもよい。移動するコンテクストデータは問題の多いものであるかもしれない。
【００３４】
ＬＣ静的バス２６とＳＣ静的バス２８は、ファブリックカード２０を通してラインカード２２とサービスカード２４を相互接続する。制御カードがファブリックカード２０を構成する場合に、これらの接続が確立される。ＳＣ静的バス２８は、入口プロセッササブシステム６２と出口プロセッササブシステム６４へのインターフェイス７１及びＣＳＩＸライン７８Ｉと７８Ｅによって各々接続される。ＬＣ２２とＳＣ２４間に作られる接続は、事実上静的なものであってよい。これらの接続はほとんど変化しなくてよい。接続変更の理由の一部は、保護切り替え又はハードウェイアの再準備のためである。一次動的バス３０はフレームベースでファブリックカード２０を介して、１つのサービスカード２４の入口プロセッサを別のサービスカード２４の出口プロセッサに接続する。１つ以上のインターフェイス７２とＣＳＩＸライン８３、８４、７７がバス３０と３２に対する接続を提供する。
【００３５】
ディスプレイバス４４を介してディスプレイカード４２を使用し、システム全体をモニタしてもよい。シリアル制御バス３８を介してラインカードをモニタしてもよい。制御カード３６は、１つ又は複数の１０／１００ベースＴ出力４３と、シリアル出力４７と、ＰＣＭＣＩＡ（又はコンパクトフラッシュ（登録商標））出力４９を含むことができる、ＥＭＳインターフェイス４８のような他の出力インターフェイスを有していてもよい。
【００３６】
本発明は入口と出口のセキュリティアソシエーションを配布することによって、セキュリティ入口処理と出口処理の争奪問題を解決する。別のセキュリティサブシステム７３と７４が実装され、双方が暗号アルゴリズムに対するハードウェイア加速サポートを備えている。
【００３７】
図７はサービスカード２４と制御カード３６の相互作用を示している。ＣＣ３６はコンフィギュレーションマネージャ８５を介してコンフィギュレーションを実行する。セキュリティ成分は全体のセキュリティシステム９１として共にグループ分けして示されている。コンフィギュレーションマネージャは、９５と９６で示されるようにサブシステム６２と６４に接続され、また一実行形態により（設けられている場合）点線８７で示すようにＩＫＥサブシステム９０、又は８８、８９で示されるようにセキュリティサブシステムにも接続される。請求目的のため、またセキュリティポリシーや故障検出・回復を決定するために、接続制御マネージャ（ＣＣＭ）８６が入口データセッションと出口データセッションを管理する。一実行形態によれば、データセッションがセキュリティサービスを要求すると、９２で示すように、ＣＣＭ８６がＩＫＥサブシステム９０に通知する。要求者による指示通りに、ＩＫＥサブシステム９０がピアセキュリティゲートウェイと鍵交換を行う。入口と出口のセキュリティサブシステム７３、７４を使用し、ソフトウェイア又はハードウェイアのいずれかにより暗号サポートを提供する。これらのセキュリティサブシステム７３、７４は、高速パス入口プロセッササブシステム６２と出口プロセッササブシステム６４とのインターフェイス６６、６９を有する。プロセッサ６２、６４は、システムを通してデータパケットを高速処理するために使用される専門のプロセッサである。この場合、トラフィックの方向に応じて、適切なパケットを入口と出口のセキュリティサブシステムを通して直接処理するために、高速パスプロセッサ６２と６４はセキュリティアソシエーションのことを気付かされるであろう。別の実行形態によれば、２つのセキュリティサブシステム７３と７４の一方が、９３と９４で示すように、ＣＣＭ８６による通知後、要求者の指示通りにピアセキュリティゲートウェイと鍵交換を行う。その後、２つのセキュリティサブシステム７３と７４の一方がこれらの他方にセキュリティアソシエーションを配布する。
【００３８】
図８は本発明の一実行形態によるセキュリティプロセッササブシステムのアーキテクチャを説明する図である。図８において、ＳＣ入口プロセッサ６２はＦＰＧＡインターフェイス１０８に接続されている（ＳＣ出口プロセッサ６４から出口プロセッサＦＰＧＡインターフェイス１０８へと同様の接続が提供される）。出口ネットワークプロセッサインターフェイス１０４も提供され、出口バス６９に接続されてよい。制御プロセッサ７０’と高速ブリッジ７０”（両者共制御プロセッササブシステム７０の一部）がバス６６と６９間の接続を提供する。ＳＣ入口プロセッサ６２がデータパケットを受け取った場合、５組変数（ソースアドレス、ソースポート、目的地アドレス、目的地ポート、プロトコルタイプ）を使用して、このパケットのセキュリティポリシーをチェックする。出口においてＩＰＳｅｃセキュリティ処理が必要であり、セキュリティアソシエーションが存在しない場合、ＳＣ入口プロセッサ６２がバスインターフェイス１００と、入口バス６６を介して高速パスコプロセッサ（ＦＰＣＰ）（マイクロプロセッサ）６８に、指定された遠隔ピアでＳＡが作成されるべきことを示すメッセージを送る。そこで、ＦＰＣＰ６８は指定された遠隔ピアとの間でＩＫＥ交換を開始する。ＦＰＣＰ６８は、セキュリティパラメータと暗号アルゴリズムを生成させるために、入口セキュリティプロセッサ７３か、出口セキュリティプロセッサ７４のいずれかを使用する。例えば、暗号サービスのために入口セキュリティプロセッサ７３を使用する（出口セキュリティプロセッサ７４も使用できる）場合、ＩＫＥが成功裏に終了すると、結果的に生じるＳＡペアが入口セキュリティプロセッサ７３に存在する。次にＦＰＣＰ６８はＳＡの関連パラメータを抽出し、以下の３つの方法のいずれか１つを使用して、出口セキュリティプロセッサ７４へとＳＡの関連パラメータを動かす。
【００３９】
配布されたセキュリティアソシエーションの確立−方法１
安全な方法でセキュリティサブシステムによってアクセス可能な、イニシエータ又はレスポンダとしてのＳＡの確立に関与するステップを、図９を参照して下記に記す。ハードウェイア加速を使用する場合、これらのステップをハードウェイア装置内で実行することができる。従って、平易なテキストでは、ハードウェイア加速装置外部ではキーイング材料を利用できない。次に、認証値を生成させるために、セキュアハッシュアルゴリズム（ＳＨＡ１、ＦＩＰＳ−１８０、「セキュアハッシュスタンダード」参照）を使用するが、メッセージ要約を作り出すどのような暗号ハッシュ機能も使用できる。
【００４０】
１．装置のスタートアップと同時に、（セキュリティサブシステムの各々の）２つのセキュリティアソシエーションが、７００で示すように、対称的ブロック暗号化のために使用される共用の秘密キーを確立する。例えば、ディフィーヘルマン鍵交換を使用できる。
【００４１】
２．７０２に示すように、ＩＰＳｅｃセッションを開始させるサービスカード上で、セキュリティアソシエーションをホストするために、入口セキュリティサブシステムと出口セキュリティサブシステムのいずれかを選択する。後述する別の実行形態では、ＩＰＳｅｃサブシステムがＳＡをホストする。
【００４２】
３．７０４で示すように、メインモードとクイックモードのＩＫＥ交換を実行し、遠隔ピアでセキュリティアソシエーションを確立する。
【００４３】
４．７０６で示すように、ＩＳＡＫＭＰＳＡキーで暗号化された「削除通知」メッセージを作成し、制御カード３６上のＣＣＭ８６に送る。
【００４４】
５．７０８で示すように、ＣＣＭ８６においてサービスカード識別子を記録し、新たに作成されたセキュリティアソシエーション用のピアアドレスをＣＣＭ８６において記録する。
【００４５】
６．ステップ１（７００）において作成された共用の秘密キーを使用して、対称的ブロック暗号文（つまり、３ＤＥＳ）を使用して、以下のセッションデータ（ＳＤ）（全ての値が連結されている）を、７１０において鍵暗号化する。これは以下のものを含むが、これらに制限されない：
ａ．ＳＡ＿ＳＰＩ
ｂ．ＳＡ＿ＳＰＩ＿Ｔｙｐｅ（ＡＨ＿Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ＡＨ＿Ｔｕｎｎｅｌ，ＥＳＰ＿Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ＥＳＰ＿Ｔｕｎｎｅｌ）
ｃ．ＳＡ＿ＭＡＣ＿Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＳＨＡ１，ＭＤ５）
ｄ．ＳＡ＿ＭＡＣ＿Ｋｅｙ＿Ｖａｌｕｅ
ｅ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＤＥＳ，３ＤＥＳ）
ｆ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ｍｏｄｅ（ＥＣＢ，ＣＢＣ）
ｇ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ｋｅｙ＿Ｖａｌｕｅ。
【００４６】
７．７１２において以下のセキュリティメッセージ（ＳＭ）を形成し、他のセキュリティサブシステムに送る：
ａ．対称的ブロック暗号文が初期化ベクトル（ＩＶ）を必要とする場合、暗号化されたセッションデータに初期化ベクトル（８バイト）を付ける、つまり、ＳＭ＝（ＩＶ｜｜ＳＤ）を形成する。ここで、｜｜は連結を表す。
ｂ．ＳＭを超えるＳＨＡ１ハッシュＨ＿ｓ、つまり、Ｈ＿ｓ＝ＳＨＡ１（ＳＭ）を計算する。
ｃ．セキュリティメッセージにＳＨＡ１ハッシュを付け加える、つまり、ＳＭ＝（ＳＭ｜｜Ｈ＿ｓ）を形成する。
【００４７】
８．７１２で示すように、ＳＭを他のセキュリティサブシステムに送る。
【００４８】
９．ＳＭの受信と同時に、受取人がＨ＿ｓの値をＳＭから除去する。つまり、ＳＭ＝ＳＭ−Ｈ＿ｓ。
【００４９】
１０．ＳＭを超えるＳＨＡ１ハッシュを計算することによって、７１４において受取人が認証される。つまり、Ｈ＿ｒ＝ＳＨＡ１（ＳＭ）。
【００５０】
１１．計算されたハッシュＨ＿ｒがＨ＿Ｓに等しくない（Ｈ＿ｒ＜＞Ｈ＿ｓ）場合、
ａ．発送人のサブシステムにＳＡ認証エラーを報告する。
ｂ．発送人のサブシステムにより「削除通知」メッセージをフォーマット処理し、ＩＳＡＫＭＰＳＡキーでそれを暗号化して遠隔ピアに送る。
ｃ．発送人のサブシステムを使用して、「削除通知」メッセージを除去するようにＣＣＭに指示する。
そうでなければ、ステップ１２に進む。
【００５１】
１２．７１６において、ステップ１の共用の秘密キーを使用して、受取人がＳＭを復号化する。復号化されたセッションデータをセキュリティサブシステム表にロードする。
【００５２】
配布されたセキュリティアソシエーションの確立−方法２
ハードウェイア装置がそっくりそのまま方法１を直接サポートできない場合、図１０に示すように、以下の代替方法を使用することができる。
【００５３】
１．７２０において、ＩＰＳｅｃセッションを開始させるサービスカード上で、入口・出口セキュリティサブシステムのいずれかが選択され、セキュリティアソシエーションをホストする。後述する代替実行形態では、ＩＰＳｅｃサブシステムがＳＡをホストする。
【００５４】
２．７２２において、メインモードとクイックモードのＩＫＥ交換を実行し、遠隔ピアでセキュリティアソシエーションを確立する。
【００５５】
３．７２４において、ＩＳＡＫＭＰＳＡキーで暗号化された「削除通知」メッセージを作成し、制御カード３６上のＣＣＭ８６に送る。
【００５６】
４．７２６で示すように、ＣＣＭ８６においてサービスカード識別子を記録し、新たに作成されたセキュリティアソシエーション用のピアアドレスをＣＣＭ８６において記録する。
【００５７】
５．抽出する。これは以下のものを含むが、これらに制限されない：
ａ．ＳＡ＿ＳＰＩ
ｂ．ＳＡ＿ＳＰＩ＿Ｔｙｐｅ（ＡＨ＿Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ＡＨ＿Ｔｕｎｎｅｌ，ＥＳＰ＿Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ＥＳＰ＿Ｔｕｎｎｅｌ）
ｃ．ＳＡ＿ＭＡＣ＿Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＳＨＡ１，ＭＤ５）
ｄ．ＳＡ＿ＭＡＣ＿Ｋｅｙ＿Ｖａｌｕｅ
ｅ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＤＥＳ，３ＤＥＳ）
ｆ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ｍｏｄｅ（ＥＣＢ，ＣＢＣ）
ｇ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ｋｅｙ＿Ｖａｌｕｅ
そして、セッションデータ（ＳＤ）のメッセージを形成する全ての値を鎖状に繋げる。
【００５８】
６．７２８において以下のセキュリティメッセージ（ＳＭ）を形成し、他のセキュリティサブシステムに送る：
ａ．ＳＭを超えるＳＨＡ１ハッシュＨ＿ｓ、つまり、Ｈ＿ｓ＝ＳＨＡ１（ＳＭ）を計算する。
ｂ．セキュリティメッセージにＳＨＡ１ハッシュを付け加える、つまり、ＳＭ＝（ＳＭ｜｜Ｈ＿ｓ）を形成する。
【００５９】
７．ＳＭを他のセキュリティサブシステムに送る。
【００６０】
８．ＳＭの受信と同時に、受取人がＨ＿ｓの値をＳＭから除去する。つまり、ＳＭ＝ＳＭ−Ｈ＿ｓ。
【００６１】
９．ＳＭを超えるＳＨＡ１ハッシュを計算することによって、７３０において受取人が認証される。つまり、Ｈ＿ｒ＝ＳＨＡ１（ＳＭ）。
【００６２】
１０．計算されたハッシュＨ＿ｒがＨ＿Ｓに等しくない（Ｈ＿ｒ＜＞Ｈ＿ｓ）場合、
ａ．発送人のサブシステムにＳＡ認証エラーを報告する。
ｂ．発送人のサブシステムが「削除通知」メッセージをフォーマット処理し、ＩＳＡＫＭＰＳＡキーでそれを暗号化して遠隔ピアに送る。
ｃ．発送人のサブシステムが「削除通知」メッセージを除去するようにＣＣＭに指示する。
そうでなければ、ステップ１１に進む。
【００６３】
１１．７３２において、セッションデータをセキュリティサブシステム表にロードする。
配布されたセキュリティアソシエーションの確立−方法３
高速ネットワーク装置では、方法１もしくは方法２のいずれかに関連するオーバーヘッドが性能ペナルティを課すかもしれない。ＩＰＳｅｃアーキテクチャはセキュリティアソシエーションのマニュアルの構成を考慮に入れる。従って、図１１を参照して説明する以下の代替案を使用することができる。
【００６４】
１．ステップ７４０において、ＩＰＳｅｃセッションを開始させるサービスカード上で、入口・出口セキュリティサブシステムのいずれかが選択され、セキュリティアソシエーションをホストする。後述する代替実行形態では、ＩＰＳｅｃサブシステムがＳＡをホストする。
【００６５】
２．７４２において、メインモードとクイックモードのＩＫＥ交換を実行し、遠隔ピアでセキュリティアソシエーションを確立する。
【００６６】
３．７４４において、ＩＳＡＫＭＰＳＡキーで暗号化された「削除通知」メッセージを作成し、制御カード３６上のＣＣＭ８６に送る。
【００６７】
４．７４６において、ＣＣＭ８６においてサービスカード識別子を記録し、新たに作成されたセキュリティアソシエーション用のピアアドレスをＣＣＭ８６において記録する。
【００６８】
５．セッションデータを抽出し、セッションデータ（ＳＤ）メッセージを形成する全ての値を連結する。セッションデータは以下のものを含むが、これらに制限されない：
ａ．ＳＡ＿ＳＰＩ
ｂ．ＳＡ＿ＳＰＩ＿Ｔｙｐｅ（ＡＨ＿Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ＡＨ＿Ｔｕｎｎｅｌ，ＥＳＰ＿Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ＥＳＰ＿Ｔｕｎｎｅｌ）
ｃ．ＳＡ＿ＭＡＣ＿Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＳＨＡ１，ＭＤ５）
ｄ．ＳＡ＿ＭＡＣ＿Ｋｅｙ＿Ｖａｌｕｅ
ｅ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＤＥＳ，３ＤＥＳ）
ｆ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ｍｏｄｅ（ＥＣＢ，ＣＢＣ）
ｇ．ＳＡ＿Ｅｎｃｒｙｐｔ＿Ｋｅｙ＿Ｖａｌｕｅ
そして、セッションデータ（ＳＤ）のメッセージを形成する全ての値を鎖状に繋げる。
【００６９】
６．７４８において示すように、形成されたＳＭを他のセキュリティサブシステムに送る。
【００７０】
７．受信セキュリティサブシステムによってセキュリティアソシエーションを手動で作成する。７５０において、受信セキュリティサブシステムは受信したセキュリティメッセージ内のデータでＳＡを満たす。
【００７１】
いずれかの交換方法によれば、そのプロトコルタイプがＩＰＳｅｃ処理（暗号化）を受けているかどうかを示すデータパケットをＳＣ入口プロセッサ６２が受信すると、パケットは直ちに復号化のために入口セキュリティプロセッサ７３に転送される。復号化によってＩＰパケットが生じる。このＩＰパケットは次にＳＣ入口プロセッサ６２に送り返される。ＳＣ入口プロセッサ６２がこのパケットを受け取ると、５組変数（ソースアドレス、ソースポート、目的地アドレス、目的地ポート、プロトコルタイプ）を使用して、このパケットのセキュリティポリシーを再びチェックする。次の３つの場合が考えられる。（１）ＩＰパケットが落ちこぼれないように、ＩＰＳｅｃ処理を伴ってパケットが到着すべきでないことを、ポリシールックアップが示している。（２）パケットはＩＰＳｅｃ処理を伴ってパケットが到着すべきであり、このＳＣ２４上での更なるプロトコル処理（それは出口におけるＩＰＳｅｃ処理を含み得る）に送られる。（３）パケットは別のＩＰＳｅｃパケットであり、セキュリティ処理が新たに始まる。出口処理が終了すると、出口バス６９と出口プロセッサＦＰＧＡインターフェイス１０８を介して、パケットがＳＣ出口プロセッサ６４に転送される。
【００７２】
ＳＣ入口プロセッサ６２がパケットを受信し、このパケットが出口においてＩＰＳｅｃ処理を必要としており、指定された遠隔ピアを備えたＳＡが存在することをポリシールックアップが示している場合、パケットは、高速ブリッジ７０”を介して出口セキュリティプロセッサ７４へ直ちに転送される。セキュリティ処理の後、結果として生じたパケットは、出口バス６９と出口プロセッサＦＰＧＡインターフェイス１０８を介して、更なるプロトコル処理のためにＳＣ出口プロセッサ６４へと、あるいは出口バス６９と出口ネットワークプロセッサインターフェイス１０４を介してＳＣ出口ネットワークプロセッサへ転送される。
【００７３】
図１２は代替実行形態を示しており、鍵交換を実行し、入口及び出口セキュリティプロセッサ６２、６４にセキュリティアソシエーションを配布するために、別の専用ＩＫＥサブシステム９０が設けられている。頻繁に再キーイングを行うセキュリティに対する高い要求を含むアプリケーションでは、暗号サポートのためにセキュリティプロセッサ７３（又は７４）を使用し、ＩＫＥプロトコル状態を生成させて維持するためにＩＫＥプロセッサ（マイクロプロセッサ）１１２を使用するので、この構造が好都合である。ＩＫＥプロトコルが終了すると、ＩＫＥプロセッサ９０から入口セキュリティプロセッサ７３と出口セキュリティプロセッサ７４に、結果的に生じたＳＡが転送される。上記の３つの例の１つにおけるように、その後配布手順が行われる。ＩＫＥサブシステム９０は専用の形式でＩＫＥを処理する。高速パスコプロセッサ６８上でソフトウェイアがホストされる。ＩＫＥサブシステムが鍵交換のみのアルゴリズム及びマス（math）を走らせる。次にＩＫＥサブシステム９０はＳＡを配布する。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明はモジュラーユニットに基づく装置を提供する。このようなモジュラーユニットを表すために表現カードを使用する。モジュールは加算や減算が可能であり、同じ冗長モジュールと組み合わせてよい。しかしながら、本発明のプリンシパルは（モジュールを備えない）１つのユニットで実行されても、あるいは異なる機能グループの他の特徴と組み合わせた上述のモジュールの特徴を備えた１つのユニットで実行されてもよい。
【００７５】
本発明の原理の応用を示すために、本発明の特殊な実行形態を図示し、詳細に説明してきたが、本発明はこのような原理から逸脱することなく、別の方法で具体化されてもよいことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明による装置を使用したシステムの概略図である。
【図２】本発明による装置を使用した別のシステムの概略図である。
【図３】本発明による処理方法及びシステムを示す図である。
【図４】図３に示した処理方法の更なる処理態様を示す図である。
【図５】本発明による装置の一実行形態のシステム成分を示す図である。
【図６】本発明の一実行形態によるサービスカード構造を示す図である。
【図７】本発明の２つの異なる実行形態用のサービスカードと制御カードの相互作用を示す図である。
【図８】本発明の一実行形態によるセキュリティシステムのコンテクストを示す図である。
【図９】安全な通信のための本発明による方法の一例を示す流れ図である。
【図１０】安全な通信のための本発明による方法の別の例を示す流れ図である。
【図１１】安全な通信のための本発明による方法の別の例を示す流れ図である。
【図１２】本発明の別の実行形態によるセキュリティシステムのコンテクストを示す図である。
Claims (25)
- データを送受信し、送信用のパケットを受信し、受信したデータからパケットを転送するためのネットワーク用物理的インターフェイスと、
ネットワークピアとの通信用の暗号化及び復号化に使用されるセキュリティアソシエーション（ＳＡ）をホストするパケットプロセッサとからなり、
前記パケットプロセッサは、
パケットを復号化するための復号化プロセッサを備えた入口処理セキュリティサブシステムと、
パケットを暗号化する出口処理セキュリティサブシステムとを含み、
前記入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムの一方又は両方が入口ＳＡと出口ＳＡの一方又は両方を受信する
ことを特徴とするネットワークゲートウェイ装置。 - 前記パケットプロセッサは、鍵交換を処理し、前記入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムにＳＡを配布するためのプロセッササブシステムを具備する
ことを特徴とする請求項１に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 前記入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムが、ネットワークピアとの通信用の暗号化及び復号化に使用されるセキュリティアソシエーション（ＳＡ）をホストし、前記入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムの一方が、前記入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムの他方に、少なくとも入口ＳＡと出口ＳＡの一方を配布する
ことを特徴とする請求項１に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 前記パケットプロセッサは、受信したパケットの入口処理用の入口プロセッサシステムと、送信のためにパケットを処理する出口プロセッサシステムとを具備し、前記入口プロセッサシステムは入口パケットプロセッサと入口処理セキュリティサブシステムとを含み、前記出口プロセッサシステムは出口パケットプロセッサと出口処理セキュリティサブシステムとを含み、
更に前記パケットプロセッサは、入口プロセッサと出口プロセッサ間の相互接続と、入口プロセッサと物理的インターフェイス間の相互接続と、出口プロセッサと物理的インターフェイス間の相互接続とを含む相互接続を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 前記入口処理セキュリティサブシステムは、メモリと、復号化アルゴリズムを処理するハードウェイア加速装置とを含み、前記出口処理セキュリティサブシステムは、メモリと、暗号化アルゴリズムを処理するハードウェイア加速装置とを含む
ことを特徴とする請求項４に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 当該ネットワークゲートウェイ装置が、更に、
送信を待つパケットの待ち行列を確立するパケット待ち行列を備え、前記パケット待ち行列は、パケットが装置に到着してから送信されるまでのパケット専用バッファである
ことを特徴とする請求項４に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - パケットは物理的インターフェイスにおいて確立されたライン速度で装置を出る
ことを特徴とする請求項４に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 前記入口処理システムは、プロトコル変換、脱カプセル化、復号化、認証、ポイントツーポイントプロトコル（ＰＰＰ）終了及びネットワークアドレス変換（ＮＡＴ）の少なくとも１つ以上を含むパケット処理を実行し、前記出口処理システムは、プロトコル変換、カプセル化、暗号化、認証データ生成、ＰＰＰ生成及びＮＡＴの少なくとも１つ以上を含むパケット処理を実行する
ことを特徴とする請求項４に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 前記入口プロセッサシステムは、パケットが装置に入ってくる速度以上の速度でパケットを処理する高速パスプロセッササブシステムを含む
ことを特徴とする請求項４に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 前記高速パスプロセッササブシステムは、パケットを１つのプロトコルから他のプロトコルへ変換するプロトコル変換処理を提供する
ことを特徴とする請求項９に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 前記出口プロセッサシステムは、パケットが装置を出る速度以上の速度でパケットを処理する高速パスプロセッササブシステムを含む
ことを特徴とする請求項９に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 前記入口プロセッサシステムは、高速パスプロセッサのパケット処理と同時に生成する付加的なパケット処理を行うための高速パスコプロセッサを含み、前記高速パスコプロセッサは、ネットワークアドレス変換（ＮＡＴ）処理と、アプリケーション層処理と結合されたＮＡＴ処理（ＮＡＴ-ＡＬＧ）の１つ以上を含むパケット処理を実行する
ことを特徴とする請求項９に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 前記入口プロセッサシステムは、データセッションの開始と終了を合図するパケットと、特定のプロトコルに情報を伝えるために使用されるパケットと、外部エンティティとの相互作用に依存するパケットの処理を含む、高速パスプロセッサのパケット処理と同時に生成する付加的なパケット処理用の制御パケットプロセッサを含む
ことを特徴とする請求項９に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 前記物理的インターフェイスはラインカードを含み、前記入口プロセッサシステムはサービスカードの一部として設けられ、前記出口プロセッサシステムは前記サービスカードと別のサービスカードの１つに設けられ、
前記相互接続は、
前記ラインカードに接続されるラインカードバスと、
前記サービスカードと前記別のサービスカードの少なくとも１つに接続されるサービスカードバスと、
前記サービスカードと前記別のサービスカードの少なくとも１つに前記ラインカードを接続するスイッチ構造とを含む
ことを特徴とする請求項４に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 前記サービスカードは前記入口プロセッサシステムと前記出口プロセッサシステムとを含み、
前記別のサービスカードは前記ラインカードから受信したパケットの全て又は一部を処理し、出口処理のために入口処理されたパケットを送信する別の入口プロセッサシステムと、入口処理されたパケットを受信し、受信したパケットの全て又は一部を前記ラインカードに送信する別の出口プロセッサシステムとを含み、
それによって、１つのサービスカードによる入口処理と別のサービスカードによる出口処理のために、又は１つ以上のサービスカードを使用する入口処理のために、サービスカード間でパケットの送信を可能にする
ことを特徴とする請求項１４に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 前記サービスカードの各々が同じものであり、冗長性を提供するために他のサービスカードの１つを機能的に交換するために予備のサービスカードが提供される
ことを特徴とする請求項１５に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 前記物理的インターフェイスは、前記スイッチ構造によって前記サービスカードと前記別のサービスカードの少なくとも１つに接続される別のラインカードを含む
ことを特徴とする請求項１５に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 前記スイッチ構造は前記ラインカードのいずれか１つを前記サービスカードのいずれか１つに接続し、それによってどのラインカードもサービスカードにパケットトラフィックを送信することができ、パケットトラフィックのルーティングが、前記ラインカードによって静的又は動的のいずれかに構成される
ことを特徴とする請求項１７に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - 前記サービスカードバスは、前記スイッチ構造を通して前記ラインカードの１つに前記サービスカードの１つを接続するための静的バス部分と、前記スイッチ構造を通して１つのサービスカードを別のサービスカードに接続するための動的バスとを含み、
どのサービスカードも、入口処理を必要とするパケットトラフィックを他の入口処理用のサービスカードに送信できるようにし、また出口処理を必要とするトラフィックを他の出口処理用のサービスカードに送信できるようにし、
それによって、システムは他のサービスカードに存在するかもしれない未使用容量を使用できる
ことを特徴とする請求項１５に記載のネットワークゲートウェイ装置。 - ネットワークエンティティ間の安全な通信のための方法であって、
ネットワークインターフェイスと、入口処理サブシステムと出口処理サブシステムとを含むパケット処理システムとの物理的接合部とを備えた装置を用意するステップと、
ネットワークエンティティと他のネットワークエンティティ間で鍵交換を実行し、パケット処理システムの処理エンティティと関連した鍵交換の完了と同時に、認証と、暗号化と、鍵の変更に関する情報を含むセキュリティアソシエーション（ＳＡ）をホストするステップと、
セキュリティアソシエーションから引き出されたデータを抽出するステップと、
セキュリティアソシエーションをホストする処理エンティティから、入口処理サブシステムと出口処理サブシステムの一方又は両方にメッセージを送り、処理サブシステムにおいてセキュリティアソシエーション（ＳＡ）を用意するステップとを含む
ことを特徴とする方法。 - 前記パケットプロセッサは、入口処理セキュリティサブシステムと、出口処理セキュリティサブシステムと、鍵交換を処理して入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムにＳＡを配布するプロセッササブシステムとを含む
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 前記パケットプロセッサは、入口処理セキュリティサブシステムと出口処理セキュリティサブシステムを含み、前記入口処理セキュリティサブシステムと前記出口処理セキュリティサブシステムの一方が、ネットワークピアとの通信用の暗号化及び復号化に使用されるセキュリティアソシエーションをホストし、前記入口処理セキュリティサブシステムと前記出口処理セキュリティサブシステムの一方が、前記入口処理セキュリティサブシステムと前記出口処理セキュリティサブシステムの他方に、少なくとも入口ＳＡと出口ＳＡの一方を配布する
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 当該方法が、更に、
セキュリティアソシエーションをホストするために入口処理セキュリティサブシステム又は出口処理セキュリティサブシステムのいずれかを選択するステップを含む
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。 - 前記セキュリティメッセージはセッションデータの送信を認証するための認証特徴を含む
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。 - 当該方法が、更に、
対称的ブロック暗号化に使用するために、入口プロセッサと出口プロセッサの各々において共用の秘密キーを確立し、対称的ブロック暗号化暗号文を使用して、前記セッションデータを暗号化するステップを含む
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
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