202503中兴通讯网络技术报刊-6G网络安全的架构与关键技术 - 通信人家园

6G网络作为下一代通信技术的前沿代表，凭借其高速率、低时延和海量连接等特性，将在未来通信领域引发深刻变革。它不仅是智能交通、远程医疗、工业互联网等领域创新发展的重要驱动力，更是推动社会智能化、数字化发展的关键力量。然而，网络安全问题仍是严峻挑战，成为制约6G网络大规模发展的瓶颈。量子计算技术的兴起对传统加密算法构成威胁；海量物联网设备的接入增加了身份认证与管理的难度；空天地一体化网络的融合模糊了网络边界，增加了安全防护的复杂性。深入研究6G网络安全架构，对保障网络稳定运行、数据安全等具有重要战略意义。

区块链是一种基于分布式账本技术的去中心化系统，其核心特征包括数据不可篡改性。主要技术架构包含以下要素：采用工作量证明（PoW）、权益证明（PoS）等共识机制确保全网节点数据一致性；通过智能合约的预定义代码实现交易逻辑自动化执行；运用非对称加密算法保障数据隐私安全与身份认证；依托点对点网络（P2P）架构实现节点间直接通信，消除中心化中介；利用哈希算法（如SHA-256）生成数据唯一指纹，构建防篡改的链式数据结构。

公钥基础设施（PKI）基于非对称加密技术构建信任体系，通过公钥加密和数字证书机制建立信任域。针对6G网络特性，DPKI展现出更优的适应性，DPKI采用分布式证书颁发机构和密钥管理中心，实现证书的分布式管理与验证。在跨域通信场景中，DPKI通过建立信任锚和证书链，有效解决不同信任域间的证书互信问题。在6G网络中，当不同运营商网络需互联通信时，可依托DPKI技术实现安全的跨域身份认证与密钥交换，从而保障通信过程的安全性和可靠性。

空天地一体化网络通过融合卫星通信、高空平台通信和地面移动通信，实现全球无缝覆盖，同时面临多重安全挑战。由于不同接入方式的网络特性差异显著，安全协议难以实现统一标准化。卫星通信链路存在易受干扰和窃听的风险，且卫星节点受限于计算和存储资源，难以支持复杂安全算法的部署。高空平台通信则面临平台移动性和定位精度问题，可能影响通信稳定性与安全性。针对这些挑战，需构建统一的安全接入架构，开发适用于各类接入方式的轻量级安全协议。通过软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）技术，实现对网络的集中化安全管理和动态资源调度。SDN控制器可实时监测网络流量与安全状态，根据接入需求和安全风险动态调整安全策略与资源分配，从而保障网络的安全稳定运行。

SDN，即软件定义网络，是一种新兴的网络架构。传统网络设备如交换机和路由器在硬件中集成了数据平面和控制平面，这两个层面紧密耦合，导致网络配置和管理复杂且不灵活。SDN的核心理念是将控制平面（决定数据如何流动）从网络硬件中分离出来，由中央控制器软件进行统一管理。

1. 分离控制平面和数据平面：将控制平面从网络设备中抽象出来，并集中到一个或一组控制器上，这些控制器运行SDN控制软件，可以是物理设备，也可以是虚拟化的实体。

2. 控制器与网络设备的通信：控制器被分离并集中到SDN控制器上，控制器需要与网络中的各个设备进行通信，这些通信通过南向接口协议实现，如OpenFlow。OpenFlow允许控制器向网络设备发送指令，告诉它们如何处理待定的数据流。例如：当一个数据包到达网络设备时，设备会查询控制器以获取如何处理该数据包的指令，控制器根据网络的全局视图和预定义的策略，决定数据包的最佳路径，并将这些信息通过OpenFlow协议发送回设备。

3. 数据包转发：网络设备接收到控制器的指令后，会根据这些指令来转发数据包。这意味着数据平面不再需要进行复杂的路由决策，而是简单地遵循控制器提供的指令。这种简化使得数据包转发过程更加高效，并且可以减少网络延迟。

4. 集中化管理和策略执行：SDN控制器不仅负责数据包的路由决策，还负责网络的集中化管理。网络管理员可以通过控制器提供的北向接口来配置网络策略，监控网络状态，以及执行各种网络管理任务。

5. 动态网络调整：由于SDN控制器拥有网络的全局视图，并且能够实时监控网络状态，因此它可以动态地调整网络配置以适应不断变化的需求。这种动态调整能力是SDN的一个关键优势，它使得网络能够快速响应新的业务需求或网络事件。

NFV即网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization），是一种通过IT虚拟化技术将网络节点功能虚拟为软件模块的网络架构，这些软件模块可以按照业务流连接起来，共同为企业提供通信服务。

NFV将许多类型的网络设备（如service、storage、switches等）构建为一个数据中心网络，通过借用IT的虚拟化技术虚拟形成VM（虚拟机），然后将传统的CT业务部署到VM上。在NFV出现之前设备的专业性很突出，具体功能都有专门的设备实现，而之后设备的控制平面和具体的设备分离，不同设备的控制平面基于虚拟机，虚拟机基于云操作系统，这样当企业需要部署新业务时只需要在开放的虚拟机操作平台上创建相应的虚拟机，然后在虚拟机上安装相应功能的软件包即可，这种方式叫做网络功能虚拟化。

结合6G网络安全的研究对当前工作具有重要的指导意义。在网络测试与安全评估方面，我们需要在现有Speedtest等网络性能测试工具中增加安全相关的关键性能指标（KPI），如加密延迟、认证成功率等，以全面评估6G候选技术的实际表现。同时，通过模拟量子计算攻击场景，可以验证抗量子加密算法在真实网络环境中的可靠性和性能表现，为未来算法选型提供依据。

在SDN/NFV技术实践方面，建议在实验室环境中部署OpenFlow控制器，重点测试动态安全策略切换能力，如DDoS攻击时的流量清洗、异常流量隔离等应急响应机制。同时需要探索NFV链式部署的优化方案，研究防火墙、入侵检测系统、加密网关等安全功能的虚拟化部署顺序和资源调配策略，以提升整体安全防护效率。

在跨领域协作方面，建议与密码学研究团队紧密合作，共同研究后量子密码（PQC）算法在6G通信芯片中的硬件加速实现方案。此外，需要联合卫星通信设备厂商和标准组织，共同制定空天地一体化网络的安全接入标准，解决不同网络域之间的互操作性问题。这些工作都将为未来6G网络的安全部署奠定坚实基础。