Hacia un 5G seguro cuánticamente: Distribución de Claves Cuánticas en redes centrales

La Arquitectura Basada en Servicios (SBA) de la quinta generación (5G) de redes celulares introdujo grandes avances en flexibilidad, eficiencia y rendimiento de las redes modernas, gracias a la distribución y software de las entidades de la red central llamadas Funciones de Red (NFs). Debido a la naturaleza distribuida de los sistemas 5G, estas NFs suelen ubicarse en diferentes sitios para proporcionar una mejor Calidad de Servicio (QoS) o servicios específicos, lo que plantea un gran desafío en términos de seguridad. Sin embargo, aunque el estándar 3GPP identifica requisitos de seguridad aprovechando la autenticación de la Capa de Transporte (TLS) y la autorización OAuth2.0, las implementaciones experimentales y comerciales actuales a menudo pasan por alto estos aspectos en nombre de la simplicidad y el rendimiento. De hecho, aunque la protección de datos y comunicación es crucial, la implementación de protocolos y mecanismos de seguridad complica las implementaciones y puede reducir la eficiencia de los sistemas 5G. Este artículo presenta una solución novedosa que implementa TLS para autenticación y encriptación aprovechando la Distribución de Claves Cuánticas (QKD) basada en entrelazamiento, asegurando que todas las comunicaciones entre NFs en la red central 5G estén aseguradas por claves QKD, y son, por lo tanto, seguras cuánticamente. Adicionalmente, este artículo presenta un repositorio de claves QKD utilizando la Función de Repositorio de Red (NRF), que almacena y retransmite claves de sesión TLS a NFs consumidores autenticados para acceder a NFs productores en un proceso rápido pero seguro cuánticamente. La solución fue validada en un entorno de hardware real, y los resultados obtenidos demuestran que la solución propuesta mejora la seguridad de las comunicaciones de la SBA de manera eficiente, reduciendo en un 85% el tiempo de solicitud de servicio en comparación con el procedimiento tradicional basado en TLS, así como un 29.96% menos de bytes transmitidos durante el proceso.