FCIA的FC-SP-3：針對量子運算世界的標準

在企業IT領域，大多數安全升級通常是在發生安全漏洞或其他重大事件後才進行的。然而，近期開發的INCITS FC-SP-3標準則代表著對監管和密碼學截止日期的積極回應，這些截止日期已經影響到基礎設施規劃。美國國家安全局（NSA）的CNSA 2.0指南為國家安全系統（NSS）提出了複雜的遷移路徑，而歐盟的NIS2和DORA框架已將密碼學和加密策略納入積極的合規計畫中。量子計算的發展加劇了這種壓力，這並非因為未來會出現具有密碼分析價值的量子計算機，而是因為「先收集後解密」的攻擊會使長期保存的資料提前變得脆弱。光纖通道產業協會（FCIA）的路線圖將這些挑戰置於2030年合規性、NIS2和DORA加密策略以及伺服器和儲存設備標準的3至5年更換週期等背景下進行分析。

時機至關重要，因為光纖通道傳輸的資料是企業最無法承受遺失的風險。它仍然是金融、醫療保健、政府、公用事業和其他受監管行業等關鍵任務儲存的主要基礎設施。光纖通道在實體和邏輯上都與乙太網路隔離，無法從乙太網路路由，並透過光纖通道分區和儲存設備遮罩進一步增強安全性。 FCIA 的市場數據顯示，光纖通道連接埠的出貨量已超過 160 億個，其中超過 35 萬個仍在運作。如此龐大的安裝基數凸顯了 FC-SP-3 的重要性，它無需企業更換其 SAN，而是提供了一種基於標準的現有光纖通道環境安全保障方法。

FC-SP-3 進行了多項更新，旨在提升安全性並簡化部署。它移除了早期版本中仍保留的過時加密技術，包括 3DES、MD5、SHA-1、RSA-SHA-1、舊版 DH-CHAP 分組、RADIUS 使用、CT 認證以及 AES-GCM 和 AES-CBC 的較短金鑰長度。取而代之的是符合 CNSA 2.0 標準的新增功能，例如用於金鑰建立的 ML-KEM-1024 和用於數位簽章的 ML-DSA-87，以及更強大的 SHA-2 PRF 和用於安全關聯管理的 AES-GCM 的強制使用。另一項重大變更是結構性的：FC-SP-3 不再專注於 FC-SP-2 的合規性要素，而是轉向互通性規範，從而使實現能夠圍繞當前的安全要求進行調整，而無需沿用過時但符合規範的要求。作為這項改進的一部分，規範篇幅縮減了近一半，從 288 頁減少到 152 頁。

值得注意的是，FC-SP-3 本身並不能消除風險；它更像是一套工具集，而非自動部署方案。該標準意義重大，因為它為業界提供了一條切實可行的途徑，實現經過認證、加密和完整性保護的 SAN 流量，並將其整合到常規的伺服器、HBA 和儲存更新週期中。對於管理長期資料和受監管基礎設施的企業而言，關鍵的截止日期並非僅限於 Q-Day 或 2030 年，而是下一次更新決策。以下章節將探討推動這些變革的法規、FC-SP-3 所引入的加密更新，以及在運作中的光纖通道架構上實施端對端加密的實用模型。

關鍵要點

• 該標準提前完成了截止日期： FC-SP-3 由 INCITS T11 於 2026 年完成，它使光纖通道安全現代化，以滿足 CNSA 2.0、NIS2 和 DORA 的要求，比 2030 年和 2031 年的合規日期提前了數年。
• 先進行減法運算，然後是量子電阻： 刪除了 3DES、MD5、SHA-1 和小於 2048 位元 DH 組等傳統加密技術，同時添加了 NIST 後量子演算法 ML-KEM-1024 和 ML-DSA-87，將規格從 288 頁縮減到 152 頁，使其更容易正確實現。
• 無需基礎設施成本的加密： 自主飛行中加密在 HBA 內部產生金鑰，並以線速運行，無需外部金鑰伺服器，無需 SAN 交換器更改，也無需增加主機 CPU 負載。
• 該陣列依然擁有其強大的功能： 傳輸層加密可以保留壓縮、去重和勒索軟體偵測功能，而應用層加密則會破壞這些功能。
• 合規性隨著週期性變化而更新： 透過對正常三到五年硬體更新周期進行滾動部署，到 2030 年，作為常規採購的副產品，即可提供完全加密、抗量子攻擊的 SAN。

加密技術面臨最後期限

FC-SP-3 的開發主要源自於資料中心技術堆疊中對高階安全措施日益增長的需求。傳統架構通常依賴儲存網路中的隱式信任；然而，針對這一層的複雜攻擊可能會危及大量資料。以 2019-2021 年SolarWinds 惡意軟體攻擊活動為例，供應鏈攻擊表明，利用受損基礎設施元件的內部威脅變得越來越普遍。

作為直接回應，美國總統拜登於2021年5月12日發布了第14028號行政命令。該命令為聯邦政府系統（也稱為國家安全系統）制定了多項新的安全要求和操作規程。透過要求對靜態資料和傳輸中的資料進行加密，該命令實際上強制聯邦機構採用最初的商業國家安全演算法（CNSA）套件的原則。 CNSA套件概述了經批准用於保護聯邦資料的加密演算法。儘管CNSA套件（通常稱為CNSA 1.0）並未涵蓋或預見未來的功能，但它為資料保護、金鑰建立、雜湊和數位簽章確立了可接受演算法的基準。

CNSA 2.0 透過讓聯邦政府的資訊安全標準為量子計算的到來做好準備，推進了該系列標準的目標。它淘汰了理論上容易被量子電腦破解的演算法，並引入了抗量子攻擊的演算法。美國國家安全局 (NSA) 已將該政策設計為分階段實施，第一階段的執行將於 2025 年 12 月 31 日之後開始。到 2027 年 1 月 1 日，所有新安裝的國家安全系統都必須完全符合 CNSA 2.0 標準，並且必須在 2030 年 12 月 31 日之前完成所有不合規系統的退役。最終，到 2031 年 12 月 31 日，所有國家安全系統都必須完全使用CNSA 2.0 演算法。對於如此龐大的網路而言，這些期限非常緊迫，但考慮到量子運算帶來的安全漏洞威脅，美國聯邦政府認為這是必要的。

美國並非唯一要求加強關鍵IT系統安全措施的國家。 《數位營運彈性法案》（DORA）適用於歐盟的金融機構，該法案要求嚴格的報告、風險管理和安全測試程序，以更好地應對未來的網路攻擊。同樣，《網路與資訊安全2號指令》（NIS2）鼓勵歐盟成員國之間分享網路安全威脅資訊。該指令要求每個成員國制定並實施應對供應鏈攻擊和漏洞的策略。由於許多此類法規都要求對傳輸中和靜態資料進行嚴格的加密，FC-SP-3進一步推進了它們共同的目標，即使核心基礎設施在各個層面都具備抵禦攻擊的能力。

Q日和“先收穫，後解密”

儘管 CNSA 2.0 看似遙不可及，但這並非沒有道理。 「先收割後解密」（HNDL）是目前惡意行為者常用的一種策略，它依賴量子電腦未來的強大能力來解密大量截獲的通訊和竊取的資料。雖然當今許多標準加密演算法和協定在傳統硬體上能夠有效抵禦暴力破解和其他金鑰破解方法，但「密碼分析相關量子電腦」（CRQC）的出現卻有可能破解基於 RSA 和 ECC（橢圓曲線密碼學）的公鑰加密方法。

為了降低潛在的「Q日」攻擊的有效性，美國國家安全局（NSA）強制要求美國國家安全系統所有與密碼學相關的組件必須在2031年12月31日之前符合CNSA 2.0標準，這比業界預測的「Q日」最早可能在2033年到來的時間要早。 CNSA 2.0中強制要求的密碼演算法是「後量子計算」（Post-Quantum Computing，PQC）就緒的，這意味著它們的設計是基於計算上難以處理的數學難題，例如格問題和單向數論問題。透過在傳統演算法中使用更大的金鑰長度並實施複雜的PQC就緒演算法，NSA旨在防止可能危及國家安全的HNDL攻擊。

光纖通道安全二十年

光纖通道安全並非始於 FC-SP-3。此標準為 INCITS（國際資訊科技標準委員會）旗下光纖通道技術委員會（T11 ）歷時二十餘年進行的第三代相關工作。最初的 FC-SP 專案於 2002 年獲批，並於 2007 年發布，它建立了授權和分段控制機制，為儲存管理員提供了正式的工具，以確定哪些設備可以跨網路相互通訊。 FC-SP-2 於 2012 年被採納，將框架擴展到身份驗證和加密，並透過兩次修訂（2015 年的 AM1 和 2023 年的 AM2）不斷發展。 FC-SP-3 於 2022 年獲批，並於 2026 年完成，它更新了框架，以應對當前對儲存網路日益增長的監管和後量子時代要求。

這種傳承至關重要，因為它界定了 FC-SP-3 的本質。這並非對光纖通道安全的重新發明，也不是針對單一威脅的臨時應對措施。它是對一個成熟框架的定期現代化升級，由製造這些設備的廠商公開進行。 FC-SP-3 專家小組由 IBM 的 Roger Hathorn 擔任主席，Broadcom 的 David Peterson 和 James Smart 擔任編輯，成員來自 Broadcom、Cisco、Dell、HPE、IBM、Marvell、NetApp 和 Viavi 等公司。這種廣泛的參與度對於一項安全標準而言尤其值得關注：所有爭奪 SAN 插槽市場份額的公司都就這些插槽的加密方式達成了一致。而且，這項工作並未就此止步。 T11已經開始著手開發下一個版本，因此該框架將隨著需求的不斷演變而持續更新。

FC-SP-3 有哪些變化

FC-SP-3 的主要變化在於精簡。與TLS 1.3在 Web 領域的發展方向一致，該標準移除了 FC-SP-2 中仍保留的傳統加密技術：FC-PAP 和 FC-EAP 認證協議、3DES和 AES-CTR 加密、RSA-SHA-1 簽章、幾乎所有角色中的 MD5 和SHA-1、小於 2048 位元 256 位金鑰長度、RADIUS 使用以及 CT 認證。移除過時的內容並重新組織文檔，使規格從 288 頁縮減至 152 頁。更精簡的標準不僅更易於閱讀，而且更容易正確實現，並減少了實現過程中可能出現的弱點。

取而代之的是符合 CNSA 2.0 標準的新增功能：用於金鑰建立的ML-KEM -1024 和用於數位簽章的ML-DSA -87，這些 NIST 標準化的後量子演算法，以及 384 位元和 512 位元的 ECDSA、基於 SHA-2 的偽隨機函數 (PRFRF)，並要求 AES-GCMGCM 必須保護安全關聯。隱藏用於保護有效載荷的加密方法提供了一層隱蔽性，迫使潛在攻擊者考慮大量演算法（這可能非常耗費計算資源）。像 ML-KEM 這樣的量子安全金鑰封裝演算法能夠有效抵禦攔截攻擊，確保只有經過身份驗證和授權的裝置才能讀取使用最新安全協定的 HBA 發送的資料。

結構性變化同樣意義重大。 FC-SP-2 定義了分層合規性要素，其中最低的通用層級 Auth-A 要求實作支援 MD5 和 2048 位元 DH 群組。隨著這些演算法的老化，供應商最終陷入了一種尷尬的境地：為了保持符合標準，他們不得不實現一些原本不打算使用的不安全加密技術。 FC-SP-3 放棄了這種模式，轉而採用互通性配置文件，並在附件 A 中進行了定義。符合標準的實現支援一個或多個符合其目標環境安全要求的配置文件，而關於哪些要求適用的判斷則交由 NIST 和 NSA 等機構負責，而非傳輸標準本身。附件 D 解決了與 FC-SP-2 部署的向後相容性問題，因此混合架構擁有了明確的發展路徑，而不是一條陡峭的懸崖。

審計模式透過在現有網路架構間進行安全協定協商，簡化了向更新後的加密標準的過渡，且不會中斷資料存取。該標準的製定者認識到，許多儲存區域網路 (SAN) 無法立即完全合規，但會隨著新硬體的引入和舊設備的淘汰逐步採用該標準。在審計模式下，相容性透過可用性優先的方法得以維持，僅當連線中的兩個端點都完全具備相應能力時，才會實施最嚴格的安全措施。也就是說，在遷移到更強大的安全等級的同時，對關鍵業務資料的存取得以保留。

將 FC-SP-3 部署到即時 SAN 上

標準只有在應用於生產硬體時才真正發揮作用，而 FC-SP-3 的設計初衷就是為了方便部署。該規範定義了加密工具和協商行為；這些工具如何在運作中的網路架構上應用，主要有兩種廣泛應用的模型。這兩種型號都與廠商無關，並且符合相同標準。

第一種是金鑰伺服器模型，這種模型在大型主機和高合規性環境中早已為人所知。外部金鑰管理器負責提供和輪換用於建立安全會話的共用金鑰或證書，並透過金鑰管理互通協定 (KMIP) 和安全金鑰交換機制，在網路上與主機和儲存裝置進行通訊。這種方法集中了策略和審計，這正是某些受監管企業所需要的。但它也引入了需要搭建和維護的基礎設施：金鑰管理伺服器、通往該伺服器的網路路徑，以及確保其可用性的維運流程。對於已經運行 KMIP 基礎設施的組織而言，FC-SP-3 可以無縫整合到現有的工作流程中，而不是取而代之。

第二種模型是在主機匯流排適配器 (HBA) 內部實現的自主飛行中加密，正是這種模型使得在整個交換網路中部署加密成為可能。隨機會話金鑰在 HBA 內部生成，無需外部金鑰生成和管理伺服器。端點預設啟用加密功能，並自動協商加密，當對端尚不支援加密時，則回退到其他方案，從而確保整個交換網路的安全，無需額外配置。由於加密發生在適配器內部的光纖通道傳輸層，因此無需對 SAN 交換器進行任何更改，交換網路本身既不查看也不管理金鑰。

性能是此模型旨在解決的目標。加密在專用晶片上以全線速運行，因此不會造成可測量的吞吐量損失，也不會對主機 CPU 增加額外負載。對於儲存團隊而言，同樣重要的是，在傳輸過程中而非應用層進行加密，可以保護企業賴以生存的陣列服務。到達儲存陣列的資料仍然可以進行壓縮、去重和壓縮比異常掃描（這些異常會標記勒索軟體事件），而一旦應用程式在資料離開主機之前對其進行加密，所有這些操作都將無法進行。

傳輸中加密並非獨立存在。 FC-SP-3 符合縱深防禦策略，該策略將鏈路加密與全盤或陣列級靜態加密相結合，以保護 SAN 中傳輸的資料以及儲存在媒體上的靜態資料。構成該策略的端點本身就被設計為零信任元件。矽信任根決定硬體身份，CPU 和 HBA 使用安全協定和資料模型 (SPDM) 相互驗證，驅動程式經過加密簽署。因此，執行加密的適配器可以進行驗證，而無需被信任。

FC-SP-3 新增的稽核模式最能直接解決使用者對操作生產環境 SAN 的擔憂。它允許管理員在現有環境中啟用安全協商，並在強制執行之前查看哪些連結將被加密，哪些連結不會被加密。這使得原本可能造成中斷的切換過程變成了一個可驗證的增量式過程，也是 FCIA 路線圖所設想的滾動部署背後的實際機制：隨著伺服器和儲存的更新，而非透過單一的協調事件，逐步實現鏈路安全。

自主式飛行中加密功能已應用於支援 FC-SP-3 的 HBA 卡中，StorageReview在該技術推出時就報告了首批此類產品。這有力地證明了該標準如今已具備部署能力。然而，更重要的意義在於架構層面而非品牌層面：任何符合 FC-SP-3 標準的終端設備均可參與，而且所有主流伺服器廠商都已推出支援自主式飛行中加密的光纖通道連接，大多數儲存 OEM 廠商也將在 2026 年前陸續添加此功能。

機上加密技術可以防範哪些風險

一旦明確了攻擊途徑，加密儲存流量的必要性就顯而易見了。光纖通道連結通常會離開其起始房間，穿越管道、立管以及建築物之間的園區線路。攻擊者即使擁有光纖的實體存取權限，也無需將其切斷。雖然這種情況非常罕見，但即使只是彎曲光纜導致漏光，或者插入一個被動分路器，也足以讀取通過該光纜傳輸的流量，而鏈路本身的任何信息都不會向管理員表明發生了此類事件。

建築物內部的威脅遠沒有電影裡那麼誇張，卻更常見。內部人員只要能接觸到配線架，就能在不干擾鏈路的情況下記錄流量；診斷設備可以將幀捕獲到服務日誌中，從而使任何有權訪問這些日誌的人都能獲取資料。而傳輸中加密技術可以一次堵住所有這些漏洞。無論流量是從彎曲的光纖、配線架還是日誌檔案中捕獲的，在兩個 FC-SP-3 端點之間的任何位置捕獲的流量都是密文，在捕獲點無法取得金鑰。

更微妙的優勢在於傳輸中加密所保留的訊息。勒索軟體會在攻擊過程中加密數據，而加密後的數據無法壓縮，因此陣列端壓縮比的變化是感染早期較為可靠的指標之一。如果應用程式在資料離開主機之前加密，陣列端始終會接收到密文：壓縮和去重功能將失效，勒索軟體訊號也會隨之消失。傳輸層加密能夠在傳輸過程中保護數據，同時確保數據以可用形式交付給陣列，從而保留數據縮減和異常檢測功能。正因如此，FCIA 指南建議採用傳輸中加密結合靜態加密，而非應用層加密。

邁向完全加密SAN之路

FCIA路線圖背後的數學原理是基於更新週期。大多數企業的伺服器和儲存設備每三到五年就會更新換代，這意味著幾乎所有光纖通道網路在2030年和2031年CNSA 2.0標準生效之前，其終端設備至少會更換一次。所有主流伺服器廠商都已提供支援FC-SP-3自主飛行中加密的光纖通道連接，大多數儲存OEM廠商也將在2026年之前推出符合標準的連接，因此從現在開始按正常週期購買的硬體都將具備相應的功能。

正是這一點使得滾動部署切實可行，而非只是願景。具備加密功能的終端會自動協商安全性，並在過渡期間與舊設備共存。審計模式允許管理員在強制執行前驗證準備情況，從而在遷移到更高安全等級的過程中保持對關鍵任務資料的存取。無需進行大規模的遷移，也無需圍繞合規日期安排專案。一個組織如果按照其慣常的節奏進行更新，並在推進過程中指定 FC-SP-3 連接，那麼到 2030 年，它將擁有一個完全加密的 SAN，而這僅僅是其原本就需要進行的採購的副產品：符合 CNSA 2.0 標準，與 NIS2 和 DORA 加密策略保持一致，並符合 CNSA 2.0 標準，與 NIS2 和 DORA 加密策略保持一致，並符合 CNSA 2.0 標準，與 NIS2 和 DORA 加密策略保持一致，並符合 CNSA 2.0 標準，與 NIS2 和 DORA 加密策略保持一致，並符合 CNSA 2.0。

結語

FC-SP-3 標準並不花哨，而這正是它的優勢所在。它摒棄了本應多年前就已淘汰的加密技術，加入了監管機構如今要求的 NIST 後量子演算法，並用專為互通性而構建的配置文件取代了早已變得荒謬的合規模型。最終完成的規範比其所滿足的強制性要求提前數年發布，並且正好符合企業原本計劃的更新周期。部署中最棘手的部分已被巧妙地解決：無需更改交換機，無需額外的安全基礎設施，不會佔用主機 CPU 資源，並且提供了一種審計模式，使得部署過程在強制執行之前即可被觀察。

要注意的是，標準是一套工具集，而非部署方案。加密不會自動完成；企業仍需要清點其主機匯流排適配器 (HBA) 和儲存設備，在即將進行的採購中指定 FC-SP-3 連接，並在支援該標準的終端接入網路後啟用安全功能。對於高度依賴光纖通道的受監管行業（金融、醫療保健、公用事業和政府部門）而言，無論是否有人安排，這項工作都有截止日期。 「先收集數據，後解密」意味著今天被盜的數據已經暴露給未來十年的量子計算機，因此每年未加密的流量都會在未來造成損失。 FC-SP-3 將彌合這一差距簡化為採購細節而非項目，並使光纖通道保持其二十年來的地位：受監管行業信賴的、用於存儲他們最不能承受損失的數據的網路架構。

對於正在權衡資料應該儲存在哪裡的團隊，我們的「最佳儲存陣列」頁面追蹤目前領先的企業級陣列，並將經過審計的基準測試結果與部署證據分開標註。

本報告由光纖通道產業協會（FCIA）贊助。本報告中所表達的所有觀點和意見均基於我們對所討論產品的客觀評價。

在 FCIA 網路研討會「光纖通道安全為量子攻擊做好準備」中了解更多關於 FC-SP-3 標準的資訊。