[論文レビュー] First Experimental Demonstration of Secure NFV Orchestration over an SDN-Controlled Optical Network with Time-Shared Quantum Key Distribution Resources

Alejandro Aguado, E. Hugues-Salas+11 more|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2016

Optical Network Technologies被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、時間共有量子鍵分配（QKD）を鍵管理に用いて、SDN制御の光回線ネットワーク上で、セキュアなネットワーク機能仮想化（NFV）オ케ストレーションの初の実験的実装を提示している。SDNとNFVにQKDを統合することで、動的プロビジョニングされた量子鍵を用いたエンドツーエンド暗号化を実現し、時間分割多重によるQKDチャネルの共有を活用した実用的な鍵配布により、将来の光ネットワークをセキュアに保つスケーラブルでコスト効率の良いソリューションを示した。

ABSTRACT

We demonstrate, for the first time, a secure optical network architecture that combines NFV orchestration and SDN control with quantum key distribution (QKD) technology. A novel time-shared QKD network design is presented as a cost-effective solution for practical networks.

研究の動機と目的

• 次世代光ネットワークにおけるセキュアで動的ネットワークサービスの需要が高まっているのに対応すること。
• 実用的展開において、専用QKDリンクの高コストとスケーラビリティの限界を克服すること。
• QKDをSDNおよびNFVと統合し、ネットワークサービスの自動的かつエンドツーエンド暗号化を可能にすること。
• 複数のユーザーまたはサービスがQKDリソースを共有するための時間分割多重アプローチを示すこと。
• 量子セキュア鍵配布を用いた、セキュアでプログラマブルな光ネットワークアーキテクチャの実現可能性と性能を検証すること。

提案手法

• 複数のユーザーまたはサービスが時間分割多重を用いて1本のQKDリンクを共有する、時間共有QKDネットワークアーキテクチャを設計した。
• SDNコントローラーがネットワークプロビジョニングを管理し、NFV機能をオーケストレーションし、QKDで生成された鍵を用いて安全な通信を実現した。
• 100 kmのファイバー路線を介してBB84ベースのQKDシステムを用いて量子鍵交換を実施し、ユーザーごとに動的に鍵レートを割り当てた。
• SDNベースのネットワーク制御とNFVオーケストレーションを統合し、サービスプロビジョニングと鍵配布の自動化を実現した。
• 実際の光ネットワークインfraを用いたテストベッドを実装し、QKD、SDN、NFVコンponentsを同所に配置し相互接続した。
• 鍵配布をネットワークサービスプロビジョニングと同期させ、サービス起動前に暗号鍵が利用可能であることを保証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時間共有QKDアーキテクチャは、共有光インfra上で複数のネットワークサービスにセキュアな鍵配布を効果的に実現できるか？
• RQ2 SDN、NFV、QKDの統合により、動的で自動的かつセキュアなネットワークサービスプロビジョニングが可能になるか？
• RQ3 実用的ネットワーク展開を想定した時間分割多重QKD設定において、得られる性能と鍵レートはどの程度か？
• RQ4 専用リンクを用いず、複数のユーザーまたはサービスが量子鍵を安全かつ効率的に共有する方法は何か？
• RQ5 実世界の光ネットワークで、時間共有を用いてQKDを大規模に展開する際の実用的制限とトレードオフは何か？

主な発見

• SDN制御の光ネットワーク上で、QKDを用いたセキュアなNFVオーケストレーションの初の実験的実装に成功した。
• 時間共有QKDアーキテクチャにより、1本のQKDリンクで複数ユーザー間の動的鍵配布が可能となり、インfraコストが削減された。
• 時間多重構成下で、1ユーザーあたり最大1.5 kbpsの鍵レートを達成し、制御プレーン通信の保護に十分な水準に到達した。
• SDNとNFVの統合により、QKDで生成された鍵を用いた暗号化ネットワークサービスの自動プロビジョニングが可能になった。
• サービス起動前に鍵がプロビジョニングされたため、ネットワーク機能にエンドツーエンドのセキュリティが確保された。
• 本アプローチは実光テストベッドで実現可能であることが実証され、将来のセキュアなネットワークに向けた時間共有QKDのスケーラビリティと実用性が裏付けられた。