基于后量子密钥协商的跨境链路加密适配系统及方法与流程

本发明涉及基于后量子密钥协商的跨境链路加密适配系统及方法，属于数据安全传输。

背景技术：

1、跨境数据传输作为全球化数字经济与跨国业务协同的基础设施，链路传输的安全可信既是数据跨境流动合规管控的关键保障，也是实现跨境数据全生命周期安全防护的核心基础。

2、然而现有技术未考虑量子计算威胁下的加密体系安全性与跨境异构链路复杂网络环境的协同适配；具体而言，现有跨境数据防护多采用传统数论加密算法，无法抵御量子计算带来的破译风险，且密钥协商机制时延较高，难以适应跨境链路网络波动大、传输时延不稳定的实际场景，不仅制约了跨境数据传输效率，也导致系统对量子攻击的防御能力不足，存在数据泄露与篡改的安全管控隐患。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供基于后量子密钥协商的跨境链路加密适配系统及方法，通过后量子密码构建密钥协商体系，结合跨境链路质量分级动态匹配加密档位与传输策略，通过链路绑定校验抵御劫持攻击，在保障抗量子安全的同时适配异构链路传输特性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、基于后量子密钥协商的跨境链路加密适配系统，包括：发起模块、响应模块和加密模块；

4、所述发起模块通过主动探测获取当前跨境链路的运行监测数据，以计算链路质量评分，通过质量分级为当前跨境链路匹配后量子加密参数与传输策略参数，构建发起端公私钥对，主动向响应端发起协商请求，待接收所述响应端返回的协商响应后，通过密钥解封运算、交互校验、有效期设置，构建发起端会话密钥；

5、所述响应模块用于对所述协商请求进行参数合规校验与链路环境一致性校验，仅当双重校验均通过，构建响应端公私钥对、会话密钥，并向发起端返回协商响应；

6、所述加密模块利用密钥协商生成的会话密钥对跨境业务数据执行对称加解密处理，并为跨境链路构建溯源校验标签，以绑定加密数据与传输链路，同时根据所述传输策略参数动态进行分片与封装。

7、具体地，所述发起模块包括状态采集单元、配置单元和协商发起单元；

8、所述状态采集单元用于获取运行监测数据，通过对所述运行监测数据的归一化，构建链路状态向量，通过对所述链路状态向量的加权求和，获得链路质量评分；

9、所述配置单元用于比较评分阈值区间与所述链路质量评分，以获得质量等级标签，并以所述质量等级标签为索引，调用分级映射表，为当前跨境链路匹配适配参数集，并调用发起端私钥与响应端公钥，通过密钥解封运算、交互校验、有效期设置，生成发起端会话密钥；

10、所述协商发起单元用于依据所述适配参数集对后量子密钥封装机制进行实例化，结合随机数采样与多项式运算，为发起端构建公私钥对，同时调用链路状态向量与所述适配参数集中的传输策略参数，通过哈希运算、报文构建、分片封装，生成协商请求报文，以发送至响应端，同时获取响应端返回的协商响应报文，解析响应端公钥。

11、具体地，所述加密模块包括加密发送单元和解密接收单元；

12、所述加密发送单元于获取发起端会话密钥，利用加密算法对待传输的跨境业务数据进行加密处理，得到加密数据净荷，调用所述链路状态向量，结合发起端会话密钥标识与传输报文序号进行哈希运算，生成溯源校验标签，并绑定于所述加密数据净荷，生成业务数据载荷，根据传输策略参数对所述业务数据载荷进行分片、封装，生成加密传输数据包，以发送至响应端；

13、所述解密接收单元接收并解析所述加密传输数据包，基于响应端会话密钥对解析的加密数据净荷执行解密处理，得到原始业务数据，依据响应端的链路状态向量重新计算溯源校验标签，与解析的溯源校验标签进行比对验证，验证通过后生成解密后的业务数据，验证不通过则丢弃对应传输报文并触发告警。

14、具体地所述评分阈值区间的构建步骤包括：

15、获取历史运行监测数据，对每条历史样本计算链路质量评分，并通过升序排列构建有序样本集；其中，质量等级标签包括优、良、中、差；

16、利用fisher最优分割法，对所述有序样本集进行有序聚类划分，以组内离差平方和最小、组间离差平方和最大为优化目标，遍历求解得到最优分割组合；

17、基于所述历史运行监测数据，统计每个采样周期的评分波动幅度，将所有评分波动幅度按升序排列，选取95分位数作为缓冲基准宽度；

18、在每个分割阈值两侧，依据缓冲基准宽度设置两条判定边界，形成窄幅缓冲区间，同时设置迟滞判定规则；

19、整合分割阈值与对应的窄幅缓冲区间，形成带迟滞边界的评分阈值区间，分别对应优、良、中、差四级链路质量标签。

20、具体地生成发起端会话密钥的步骤包括：

21、基于发起端私钥、响应端公钥，进行标准密钥解封运算，生成初始会话密钥；

22、对所述链路状态向量进行哈希运算，生成链路摘要，对所述初始会话密钥、链路摘要、本次协商的会话序号进行顺序拼接，通过哈希运算，生成本端短校验码；

23、通过协商通道将本端短校验码发送至响应端，同时接收响应端返回的对端短校验码，将本端短校验码与对端短校验码进行逐位比对；

24、仅当本端短校验码与对端短校验码完全一致时，判定密钥一致，则以初始会话密钥作为正式会话密钥；

25、设置最小有效期、最大有效期，结合链路质量评分进行线性映射，获得有效期；

26、为正式会话密钥附加有效期标识与密钥标识，封装为发起端会话密钥。

27、具体地生成协商请求报文的步骤包括：

28、随机生成会话序号，并将所述链路状态向量、所述会话序号与所述适配参数集中的质量等级进行拼接，生成指纹输入串；

29、对所述指纹输入串进行哈希运算，生成链路指纹；

30、基于质量等级字段、会话序号字段、发起端公钥字段、链路指纹字段，构建协商请求主体，并在每个字段前置设置包含字段长度的长度标识位；

31、计算协商请求主体的总字节长度，与当前质量等级对应的分片阈值进行比对；若总字节长度未超出分片阈值，以所述协商请求主体作为单个分片；

32、若总字节长度超出分片阈值，则按照字节顺序从首部开始连续切分，生成多个连续的分片；

33、以会话序号、总分片数、当前分片序号、质量等级为分片头部，添加至对应分片，以封装为协商请求分片；

34、将所有协商请求分片按照分片序号依次排列，生成协商请求报文。

35、具体地进行参数合规校验与链路环境一致性校验的步骤包括：

36、依据分片的会话序号，对分片进行归集，并依据总分片数设置分片有效范围，将当前分片序号超出分片有效范围的判定为异常分片，并直接丢弃；

37、待同一会话的全部分片接收完成后，去除所有分片的头部字段，按照分片序号从小到大的顺序依次拼接，还原协商请求主体；

38、依据解析的质量等级匹配分级阈值，结合总分片数，构建主体字节范围；

39、获取重组后协商请求主体的重组字节长度，同时基于协商请求主体中的长度标识位，获取理论字节长度。

40、具体地进行参数合规校验与链路环境一致性校验的步骤还包括：

41、若且，则判定分片归集重组有效；否则判定主体重组失败，清空会话缓存并触发整包重传请求；

42、剔除最后一个分片，取剩余分片字节长度的平均值，生成实际分片粒度，结合分片阈值，计算协商偏差；

43、设置偏差允许阈值，若协商偏差不大于偏差允许阈值，则判定加密等级验证通过；否则清空会话缓存并终止本次请求处理；

44、调取存储会话序号的历史重放记录，与解析的会话序号进行对比；

45、若存在重合，则判定为重放请求，丢弃本次请求；

46、若不重合，对发起端公钥进行公钥格式与域合规校验，仅当公钥格式与域合规校验通过，判定参数合规。

47、具体地，进行参数合规校验与链路环境一致性校验的步骤还包括：

48、基于响应端，获取响应端的监测运行数据，构建响应链路向量，结合解析的会话序号与质量等级依次拼接，通过哈希运算，生成响应链路指纹；

49、将响应链路指纹与响应端解析的链路指纹进行逐位对比，仅当响应链路向量完全一致时，判定基础链路一致性校验通过；

50、通过评分阈值区间与响应端的链路质量评分进行比对，判定响应质量等级，与解析的质量等级进行比对；

51、仅当响应质量等级与解析质量等级一致，则判定质量等级联动校验通过；

52、若两项校验均通过，则判定链路环境一致性校验通过；

53、若存在任一项校验未通过，则丢弃本次协商请求，不生成响应报文。

54、基于后量子密钥协商的跨境链路加密适配方法，包括：

55、获取运行监测数据，通过归一化、加权求和，获得链路质量评分；

56、通过评分阈值区间与链路质量评分的比较，配置质量等级标签，并匹配适配参数集；

57、以所述适配参数集实例化后量子密钥封装机制并为本地生成公私钥对，通过哈希运算、报文构建、分片封装，生成协商请求报文并发送至响应端；

58、对协商请求报文进行参数合规校验、链路环境一致性校验，并为响应端构建公私钥对、返回协商响应报文；

59、通信双方分别调用本地私钥与对端公钥，通过后量子密钥解封运算、协商通道交互校验、有效期设置，生成带有效期标识的会话密钥；

60、基于会话密钥对待传输的跨境业务数据进行对称加密处理，并构建溯源校验标签，根据适配参数集生成加密传输数据包。

61、本发明的有益效果：

62、基于标准化后量子密码算法构建全流程密钥协商体系，从密码学底层筑牢抗量子攻击的安全防线，同时通过链路质量分级与加密档位的映射匹配机制，使安全强度与链路实际承载能力形成正向对应关系，避免固定高安全参数在弱链路场景下引发的协商失败率高、传输时延过大的问题，兼顾不同质量等级链路下的安全底线与运行可行性；针对跨境链路网络波动大、时延不稳定的实际场景，依托主动探测获取的链路运行数据完成质量动态评估，同步适配加密参数档位与传输分片封装策略，在高质量等级链路场景下采用高安全档位与整包传输模式保障安全强度与传输效率，在低质量等级链路场景下采用轻量加密档位与细粒度分片模式提升协商成功率与传输稳定性，同时结合链路抖动特征实现密钥有效期的动态整定，平衡密钥安全风险与重协商开销，适配跨境链路的时变特性；针对跨境开放链路易遭受中间人劫持与重放攻击的风险，系统将链路状态特征全程绑定至协商校验与业务传输环节，通过链路指纹与溯源校验标签实现协商流程与业务数据的链路真实性校验，在密码学安全防护的基础上叠加链路层安全校验，填补跨境传输场景下链路层攻击的防御空白，在保障数据传输抗量子安全的前提下，有效提升复杂网络环境下的传输稳定性与协商效率，构建起安全可靠、适配性强的跨境数据加密传输体系。