[논문 리뷰] First Experimental Demonstration of Secure NFV Orchestration over an SDN-Controlled Optical Network with Time-Shared Quantum Key Distribution Resources

Alejandro Aguado, E. Hugues-Salas외 11명|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 20.

Optical Network Technologies인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 시간 공유 방식의 양자 키 분배(QKD)를 사용하여 SDN 제어 광망에서 보안 네트워크 기능 가상화(NFV) 오케스트레이션을 처음으로 실험적으로 구현한다. QKD를 SDN 및 NFV와 통합함으로써 동적으로 제공되는 양자 키를 사용한 엣지 투 엣지 암호화를 달성하였으며, QKD 채널의 시간분할 multiplexing를 통한 실용적인 키 분배 방식을 활용한 확장성 있고 비용 효율적인 미래 광망 보안 솔루션을 제시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 차세대 광망에서 증가하는 보안성과 동적 네트워크 서비스의 필요를 해결하기 위해.
• 실제 구현에서 전용 QKD 링크의 높은 비용과 제한된 확장성 문제를 극복하기 위해.
• QKD를 SDN 및 NFV와 통합하여 네트워크 서비스의 자동화된 엣지 투 엣지 암호화를 가능하게 하기 위해.
• 여러 사용자 또는 서비스 간에 QKD 자원을 공유하기 위한 시간분할 다중화 방식을 시연하기 위해.
• 양자 보장 키 분배를 사용한 보안적이고 프로그래머블한 광망 아키텍처의 실현 가능성과 성능을 검증하기 위해.

제안 방법

• 시간 공유 QKD 네트워크 아키텍처를 설계하여, 여러 사용자 또는 서비스가 시간분할 다중화를 통해 단일 QKD 링크를 공유하도록 한다.
• SDN 컨트롤러가 네트워크 프로비저닝을 관리하고 NFV 기능을 오케스트레이션하며, QKD로 생성된 키를 사용해 보안 통신을 수행한다.
• 100km 피보닉스 링크를 통해 BB84 기반 QKD 시스템을 사용해 양자 키 교환을 수행하며, 사용자별로 동적으로 할당된 키 속도를 확보한다.
• SDN 기반 네트워크 제어와 NFV 오케스트레이션을 통합하여 서비스 프로비저닝 및 키 분배를 자동화한다.
• 실제 광망 인프라를 사용한 테스트베드를 구현하였으며, QKD, SDN, NFV 구성 요소가 함께 위치하고 상호 연결되어 있다.
• 키 분배를 네트워크 서비스 프로비저닝과 동기화하여 서비스 활성화 이전에 암호화 키가 확보되도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 시간 공유 QKD 아키텍처가 공유 광 인프라 내에서 여러 네트워크 서비스에 대해 효과적으로 보안 키 분배를 지원할 수 있는가?
• RQ2 SDN, NFV, QKD의 통합이 동적, 자동화되고 보안적인 네트워크 서비스 프로비저닝을 어떻게 가능하게 하는가?
• RQ3 실제 네트워크 구현을 위한 시간분할 다중화 QKD 설정에서의 성능과 얻을 수 있는 키 속도는 어느 정도인가?
• RQ4 전용 링크 없이도 여러 사용자 또는 서비스 간에 양자 키를 안전하고 효율적으로 공유할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ5 실제 광망에서 시간 공유 방식을 사용해 QKD를 대규모로 구현할 때의 실용적 제약 조건과 상충 관계는 무엇인가?

주요 결과

• SDN 제어 광망에서 QKD를 사용한 보안 NFV 오케스트레이션의 첫 실험적 구현이 성공적으로 달성되었다.
• 시간 공유 QKD 아키텍처는 단일 QKD 링크를 통해 여러 사용자 간에 동적 키 분배를 가능하게 하여 인프라 비용을 절감하였다.
• 시간 다중화 구성에서 사용자당 최대 1.5 kbps의 키 속도를 확보하였으며, 제어 평면 통신을 보호하는 데 충분하였다.
• SDN 및 NFV의 통합을 통해 QKD로 생성된 키를 사용한 암호화된 네트워크 서비스의 자동 프로비저닝이 가능해졌다.
• 서비스 활성화 이전에 키를 프로비저닝하여 네트워크 기능에 대해 엣지 투 엣지 보안을 실현하였으며, 기밀성을 확보하였다.
• 실제 광 테스트베드에서 이 접근 방식이 실현 가능하며, 향후 보안 네트워크에 대한 시간 공유 QKD의 확장성과 실용성을 검증하였다.