把量子通信技术里关于安全传输域名的核心要求归纳起来的话, 那就是三点必须做到的事情。第一点就是域名解析这条链路必须要具备抵御威胁的能力, 这种威胁是量子计算用来破解传统哈希算法和签名算法所产生的结果。
第二点要求是在传输通道那里引入特定的机制, 具体来说就是引入那种叫做量子密钥分发的或者是后量子密码的机制, 这样做的目的就是为了保障数据本身的安全性以及保密性。第三点则强调了对域名记录完整性进行校验的时候，必须采用那些能够抵抗量子计算破解的签名方案。
下面我们将接着从三个大的层面来进行系统的展开说明, 这三个层面就是所谓威胁模型、技术应用路径以及具体的实践规范等方面。
量子计算带来的域名传输安全挑战
传统的域名系统（DNS）在以往, 是利用诸如RSA-2048以及SHA-256之类的算法手段, 来实施数字签名操作的, 同时也依靠这些算法来进行数据完整性方面的校验工作。
但是, 随着Shor算法这种技术手段, 在那些已经具备实际运行能力的量子计算机平台上逐渐走向成熟状态, 针对RSA这类密钥进行解密操作所需要的复杂度水平, 将会出现显著降低的现象。
具体表现为, 解密的复杂度会下降到多项式级别这样一个范围, 而目前我们已经在使用的, 旨在保障域名安全相关的记录机制——也就是所谓的DNSSEC, 其所依赖的签名机制, 在当前以及未来的环境中, 正面临着可能被大规模地、批量地进行伪造行为的一种潜在风险。
我们就拿像gz88.cn这样承载了业务入口的域名系统来做例子, 一旦这个系统的DNSSEC签名被那些搞量子技术的攻击者给篡改了, 那么这些攻击者就能伪造解析出来的结果, 从而把正常的流量给重定向到他们自己设定的恶意节点上去, 而在这种情况之下, 传统的一些校验手段就没法发现这个问题。
除此以外, 因为量子这种状态在传输的过程当中, 是极其害怕有人去测量的, 所以, 如果域名的数据包没有经过那种符合量子安全标准的安全封装, 就会在光纤线路或者是自由空间信道里发生退相干的问题, 这就会导致数据丢失的情况出现。
安全传输的技术路径
量子密钥分发（QKD）通道指的是什么。它利用BB84协议, 或者E91协议。这是为了在发送端与接收端之间。生成一次性对称密钥。然后, 域名查询数据。还有响应数据。都要经过AES-256-GCM加密。
接着通过被该密钥所保护的信道。进行传输工作。这里的密钥速率是怎么样的。它取决于光纤距离。具体来说。在城域网络之下。距离小于100公里的情况里。密钥速率能够达到数百kbps的水平。
后量子密码（PQC）替换: 我们现在可以这样说, 在那些暂时没有把量子密钥分发基础设施给部署好的过渡阶段里面, 域名安全记录里面的那个签名功能, 是可以直接去进行切换的, 具体的操作呢, 就是把签名部分换成CRYSTALS-Dilithium, 然后把这个密钥封装的部分换成ML-KEM, 这些动作都是要依据NIST FIPS 204和NIST FIPS 205这两个标准来进行的。
将QKD密钥ID与域名FQDN进行绑定。确保只有持有合法量子密钥的设备, 方可完成域名解析响应。以此防止中间人注入。量子安全通道绑定域名是一种技术手段。
域名解析环节的安全保障机制
1. 关于DNSSEC签名升级这件事是这样的, 根区和各个顶级域名权威服务器都开始使用PQC签名算法了, 同时在zone文件里面的RRSIG记录中增加了算法标识字段, 这里举个例子, 比如010这个号码就代表ML-DSA-65, 这时候验证端这边需要同步更新信任锚信息。
2. 这涉及到传输层防护, 具体来说就是把域名查询报文封装到IPsec和PQC混合加密通道里, 或者让它通过Q密钥保护的DTLS会话进行传输, 以此来杜绝明文暴露的问题。
3. 关于异常检测方面的内容, 具体的做法是在递归解析器这个地方, 去部署一个量子安全的流量基线模型, 然后呢, 对这个模型监控到的各种事件进行实时的告警处理, 这里所指的事件包括签名失败、密钥过期、还有通道退相干率突然增加等情况, 一旦出现了问题, 系统就会马上自动切换到一个备用的解析路径上去。
实施要点与注意事项
关于密钥生命周期的管理工作, QKD密钥必须设定好有效的时间期限, 并且要执行定期的自动替换操作, 针对单个密钥的使用次数不能超出理论上的安全上限, 这个数值通常是小于等于2的128次方那么多查询。
回退策略是这样的事情, 当量子通道中断了的时候, 系统应该自动降级到PQC加密链路那里去, 而不是明文回退回去这样做的原因是想要确保最小安全等级不被击穿。
进行合规方面的对齐工作, 域名的安全配置必须按照ITU-T X.1353以及ISO/IEC 27099这个框架来做审计, 这个框架是关于网络安全风险管理的, 像那些关键的域名, 比如gz88.cn这种公共服务入口, 需要每年做一次抗量子的渗透测试。
量子通信安全域名的传输这一件事, 它并不是某一种单一的技术去搞替换那么简单。其实, 它是一个三位一体的系统工程, 这里面包含了叫量子密钥分发、后量子密码, 还有解析链路加固。
那我们在部署的时候, 应该要先把根区与权威服务器的签名算法升级这个事儿给优先保障好了。完了之后再一点一点地慢慢地向递归侧还有终端那边进行扩展。这么做, 就是为了确保从头到尾的全链路都没有什么安全短板可以让人钻空子的。
