Cloudflare の IPsec におけるポスト量子暗号化が一般利用可能に
Cloudflare は、IPsec 通信におけるポスト量子暗号化(ML-KEM)の一般提供を開始し、既存ハードウェアで「今収穫・後復号」攻撃への防御を可能にした。
キーポイント
IPsec のポスト量子暗号化一般提供開始
Cloudflare は IPsec 通信にポスト量子暗号化アルゴリズム ML-KEM (FIPS 203) を実装し、サイト間ネットワークのセキュリティを強化した。
既存ハードウェアでの相互運用性確保
Fortinet や Cisco のブランチコネクターとのテストに成功しており、特別な専用機器なしで既存インフラを活用して導入可能である。
「今収穫・後復号」攻撃への対抗
量子コンピュータの登場後に現在の暗号が破られるリスク(Q-Day)に備え、データを現在盗聴されても将来解読できないよう防御する。
TLS よりも遅れた実装の背景
IPsec は TLS に比べインターネットスケールでの相互運用性のハードルが高かったが、標準化(IETF ドラフト)の進展によりこのギャップが解消された。
ハイブリッド方式による量子耐性の実装
古典的なDiffie-Hellmanとポスト量子暗号のML-KEMを組み合わせたハイブリッド方式により、標準準拠のハンドシェイクでデータ平面を保護します。
主要ベンダーとの相互運用性の確認
Cisco 8000 シリーズ(バージョン 26.1.1 以降)および Fortinet FortiOS 7.6.6 以降の機器と、ポスト量子 IPsec トンネルの相互運用性が実証されました。
標準化の遅れと重要性
IPsec のハイブリッド ML-KEM 仕様は TLS より約 4 年遅れて完成しましたが、暗号Upgradeの困難さを考慮し、相互運用可能な標準の推進が不可欠です。
影響分析・編集コメントを表示
影響分析
この発表は、クラウドネットワークインフラにおけるセキュリティの基準を大幅に引き上げるものであり、特に広域ネットワーク(WAN)やデータセンター間通信において、量子コンピュータ脅威に対する実用的な防御策を即座に提供できる画期的な進展です。業界全体が標準化されたポスト量子暗号への移行を開始したことで、長年の相互運用性の課題が解決され、大規模なセキュリティ強化が現実のものとなりました。
編集コメント
TLS 分野で先行していたポスト量子暗号化が、IPsec 領域でもようやく実用レベルに到達しました。特に既存ハードウェアでの動作確認は、大規模なインフラ移行コストを抑制する点で極めて重要です。
Cloudflare への人間由来の TLS トラフィックの 3 分の 2 以上はすでに量子耐性暗号化によって保護されていますが、サイト間ネットワークの世界では事情が異なりました。長年にわたり、IPsec コミュニティはインターネット規模での相互運用性の高いハードルと、特殊なハードウェアに特有な要件の間で板挟みになっていました。しかし、そのギャップは現在埋まりつつあります。
今月初め、量子コンピューティングにおけるいくつかの最近の進展を背景に、Cloudflare が完全な量子耐性セキュリティの実現目標を 2029 年へと前倒ししたことを発表しました。この目標達成に向けて、私たちは Cloudflare IPsec における量子耐性暗号化を一般利用可能としました。
新しい IETF ドラフトであるハイブリッド ML-KEM(FIPS 203)を使用し、Fortinet および Cisco のブランチコネクタとの相互運用性を成功裏にテストしました。つまり、すでに保有しているハードウェアを用いて、今日から「収穫して後で復号化」攻撃に対して広域ネットワーク(WAN)を保護することが可能になります。
本記事では、新しいハイブリッド IPsec ハンドシェイクの実装方法と、その TLS 版よりも 4 年遅れて実現に至った理由、そして業界がいかにしてインターネット規模で機能する標準規格の周りにようやく収束しつつあるかについて解説します。
Cloudflare IPsec
Cloudflare IPsec は、データセンター、支店、およびクラウド VPC を Cloudflare のグローバル IP Anycast ネットワークに接続することで、従来のネットワークアーキテクチャを置き換える WAN Network-as-a-Service です。顧客は、設定の簡素化、高可用性(あるデータセンターが利用不可になった場合、トラフィックは自動的に最も近い正常なデータセンターへリルートされます)、および Cloudflare のグローバルネットワーク規模によるスケーラビリティを得ることができます。これは、サイト間 WAN、アウトバウンドインターネット接続、Cloudflare One SASE プラットフォームへの接続をサポートする暗号化された IPsec トンネルを通じて実現されています。

IPsec におけるポスト量子暗号化
Cloudflare IPsec は、現在、ハイブリッド ML-KEM(FIPS 203)を用いたポスト量子暗号化を採用し、「ハーベストレート・デクリプト・ラテアタック」を防いでいます。これは、敵対者が今日データを収集し、インターネット全体で使用されている古典的な公開鍵暗号方式を破ることができる強力な量子コンピュータが出現する Q-Day 後に復号化する攻撃です。Q-Day が予想よりも早く近づいているため、「ハーベストレート・デクリプト・ラテアタック」はより多くの組織にとって懸念事項となっています。
ML-KEM(モジュール格子ベース鍵カプセル化機構)は、量子コンピュータによる攻撃に対して脆弱であることが知られていない数学的仮定に基づいたポスト量子暗号アルゴリズムです。送信者と受信者の間に特別なハードウェアや専用物理リンクを必要としません。ML-KEM は意図的に標準プロセッサ上でソフトウェアとして実装できるように設計されており、ネットワークトラフィックに対するポスト量子暗号化を提供します。
Draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem は、古典的な Diffie-Hellman のよく理解されたセキュリティと ML-KEM のポスト量子セキュリティを単一の規格準拠ハンドシェイクに組み合わせたハイブリッド ML-KEM を用いた IPsec 用のポスト量子暗号化を規定しています。具体的には、まず古典的な Diffie-Hellman 交換が行われ、その導出鍵が ML-KEM を実行する第 2 の交換を暗号化し、両者の出力は Encapsulating Security Payload(ESP)プロトコルを使用して送信される IPsec データプレーントラフィックを保護するセッションキーに混合されます。
私たちの相互運用可能な実装
以前、当社の Cloudflare IPsec プロダクトにおける draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem の実装のクローズドベータ版を本番環境で発表し、参照実装(strongswan)に対してテストを行いました。現在、この実装が一般利用可能となったことで、Cisco や Fortinet など他のベンダーとの相互運用性も確認されており、これは新しい標準にとって大きな成果です。
Cisco: バージョン 26.1.1 以降の Cisco 8000 シリーズ セキュアルーターをブランチコネクタとして使用している顧客も、draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem に基づき、ポスト量子暗号化に対応した Cloudflare IPsec トンネルを確立できるようになりました。
Fortinet: FortiOS 7.6.6 以降をブランチコネクタとして使用している顧客は、draft-ietf-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem に基づき、Cloudflare のグローバルネットワークに対してポスト量子暗号化に対応した Cloudflare IPsec トンネルを確立できるようになりました。
相互運用性の重要性
暗号技術のアップグレードは困難であり、数年かかる可能性があるため、2029 年という完全なポスト量子暗号化への更新目標達成には集中的な取り組みが必要です。そのため、IPsec コミュニティが draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem のような相互運用可能な標準規格の開発に引き続き注力することを願っています。
なぜこれらの標準規格が極めて重要なのかを説明しましょう。IPsec におけるハイブリッド ML-KEM(ML-KEM: Maximum Likelihood Key Encapsulation Mechanism)の完全な仕様である draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem が利用可能になったのは、2025 年後半のことです。これは、TLS でのハイブリッド ML-KEM サポートが導入されてから約 4 年後のことです。(実際、Cloudflare は NIST が ML-KEM の標準化を確定させる前である 2022 年に、TLS を用いたハイブリッドポスト量子鍵合意機能をオンにしました。これは TLS コミュニティが迅速に単一の相互運用可能なアプローチに収束し、それを本番環境へ導入したためです。現在、Cloudflare のネットワーク宛ての人間生成による TLS トラフィックの 3 分の 2 以上が、ハイブリッド ML-KEM によって保護されています。)
4 年間の遅延は、2020 年に公開された RFC 8784 に明記されているように、IPsec コミュニティが量子鍵配送(Quantum Key Distribution: QKD)に対して引き続き関心を示していることの一因によるものと思われます。私たちは以前、なぜ QKD が当社のポスト量子戦略の一部ではないのかについて記事を書きました:QKD には専用ハードウェアと両当事者間の専用物理リンクが必要であり、これは根本的にインターネット規模での運用を不可能にします。また、QKD は認証機能を提供しないため、アクティブな攻撃者を阻止するには依然としてポスト量子暗号技術が必要です。ベンダー間で相互運用可能な QKD の実装を見つけるのは困難です。
米国国家安全保障局(NSA)、ドイツの連邦情報セキュリティ庁(BSI)、英国の国家サイバーセキュリティセンター(NCSC)は、すべて QKD への依存のみを警告しています。一方、ポスト量子暗号技術は、すでに持っているハードウェア上で動作し、両端の当事者を認証し、インターネット全体でエンドツーエンドで機能します。
2023年に公開された RFC 9370 は、IPsec におけるポスト量子暗号の扉を開き、古典的な Diffie-Hellman と並行して最大 7 つの鍵交換を実行することを可能にしました。しかし、RFC 9370 ではこれらの並列鍵交換で使用するべき暗号スイート(ciphersuites)を指定していませんでした。その仕様が欠如しているため、ハイブリッド ML-KEM のドラフトが利用可能になる前に、いくつかのベンダーは RFC 9370 に基づく早期実装を出荷し、NIST 標準化されていないものを含む独自の暗号スイートを定義しました。これはまさに NIST SP 800 52r2 が警告していた「暗号スイートの肥大化(ciphersuite bloat)」の典型例です。そして相互運用性へのリスクは実際に現れています:Cloudflare の IPsec は、まだ draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem が利用可能になる前にリリースされた Palo Alto Networks の RFC 9370 ベースの実装とは現時点で相互運用できません。
幸いにも現在、RFC 9370 の隙間を埋める draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem が存在し、古典的な Diffie-Hellman と並行して動作可能な鍵交換メカニズムの一つとしてハイブリッド ML-KEM を指定しています。業界が draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem の周りで統合を続けるにつれ、Palo Alto Networks も相互運用可能なポスト量子ブランチコネクタのリストに加えられることを願っています。
しかし、相互運用可能なポスト量子 IPsec 標準への道のりはまだ終わっていません。draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem はポスト量子暗号化をサポートしていますが、Q-Day(量子コンピュータが実用化される日)以降もライブシステムに対する量子敵対者による攻撃を防ぐためには、ポスト量子認証のための IPsec 標準が必要です。完全なポスト量子対応までの期間が短縮されていることを踏まえ、IPsec コミュニティには、QKD(量子鍵配送)のようなニッチなユースケースに焦点を移すのではなく、相互運用可能な PQC(ポスト量子暗号)実装の継続的な開発に注力していただきたいと考えています。
相互運用可能なポスト量子インターネットに向けて
Cloudflare では、特別なハードウェアを必要とせず、お客様に追加費用をかけずに、誰もがアクセスできる安全でポスト量子なインターネットの実現を支援しています。ポスト量子の Cloudflare IPsec は、2029 年までの完全なポスト量子セキュリティへの道程における一歩であり、将来にわたりインターネットがオープンかつ相互運用可能であることを保証する形で取り組んでいます。
原文を表示
While more than two-thirds of human-generated TLS traffic to Cloudflare is already protected by post-quantum cryptography, the world of site-to-site networking has been a different story. For years, the IPsec community remained caught between the high bar of Internet-scale interoperability and the niche requirements of specialized hardware. That gap is now closing.
Earlier this month, we announced that Cloudflare has moved its target for full post-quantum security forward to 2029, spurred by several recent advances in quantum computing. To advance that goal, we’ve made post-quantum encryption in Cloudflare IPsec generally available.
Using the new IETF draft for hybrid ML-KEM (FIPS 203), we’ve successfully tested interoperability with branch connectors from Fortinet and Cisco — meaning you can start protecting your wide-area network (WAN) against harvest-now-decrypt-later attacks today using hardware you already have.
This post explains how we implemented the new hybrid IPsec handshake, why it took four years longer to land than its TLS counterpart, and how the industry is finally consolidating around a standard that works at Internet scale.
Cloudflare IPsec
Cloudflare IPsec is a WAN Network-as-a-Service that replaces legacy network architectures by connecting data centers, branch offices, and cloud VPCs to Cloudflare's global IP Anycast network. Customers get simplified configuration, high availability (if a data center becomes unavailable, traffic is automatically rerouted to the nearest healthy one), and the scale of Cloudflare's global network. This is done through encrypted IPsec tunnels that support both site-to-site WAN, outbound Internet connections, and connectivity to the Cloudflare One SASE platform.
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Post-quantum encryption in IPsec
Cloudflare IPsec now uses post-quantum encryption with hybrid ML-KEM (FIPS 203) to stop harvest-now-decrypt-later attacks. These are attacks where an adversary harvests data today and then decrypts later, after Q-Day, when there are powerful quantum computers that can break the classical public key cryptography used across the Internet. Harvest-now-decrypt-later attacks are becoming a concern for more organizations as Q-Day approaches faster than expected.
ML-KEM (Module-Lattice-Based Key-Encapsulation Mechanism) is a post-quantum cryptography algorithm that is based on mathematical assumptions that are not known to be vulnerable to attacks by quantum computers. It does not require special hardware or a dedicated physical link between sender and receiver. ML-KEM is intentionally designed to be implemented in software across standard processors to provide post-quantum encryption of network traffic.
Draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem specifies post-quantum encryption for IPsec using hybrid ML-KEM, which combines the well-understood security of classical Diffie-Hellman and the post-quantum security of ML-KEM in a single, standards-compliant handshake. Specifically, a classical Diffie-Hellman exchange runs first, its derived key encrypts a second exchange that runs ML-KEM, and the outputs of both are mixed into the session keys that secure IPsec data plane traffic sent using the Encapsulating Security Payload (ESP) protocol.
Our interoperable implementation
Earlier we announced the closed beta of our implementation of draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem in production in our Cloudflare IPsec product and tested it against a reference implementation (strongswan). Now that we have made this implementation generally available, we have also confirmed interoperability with several other vendors, including Cisco and Fortinet, which is a big win for this new standard.
Cisco: Customers using Cisco 8000 Series Secure Routers after version 26.1.1 as their branch connector can also now establish post-quantum Cloudflare IPsec tunnels per draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem.
Fortinet: Customers using Fortinet FortiOS 7.6.6 and later as their branch connector can now establish post-quantum Cloudflare IPsec tunnels to Cloudflare's global network per draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem.
The importance of being interoperable
Given that upgrading cryptography is hard and can take years, our 2029 target date for a full update to post-quantum cryptography is going to require concentrated effort. That’s why we hope the IPsec community continues to focus on the development of interoperable standards like draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem.
Let us explain why these standards are vitally important. A full specification for hybrid ML-KEM in IPsec, draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem, became available only in late 2025. That's roughly four years after support for hybrid ML-KEM landed in TLS. (In fact, Cloudflare turned on hybrid post-quantum key agreement with TLS in 2022, even before NIST finalized the standardization of ML-KEM, because the TLS community quickly converged on a single, interoperable approach and pushed it into production. Today more than two-thirds of the human-generated TLS traffic to Cloudflare's network is protected with hybrid ML-KEM.)
The four-year delay is likely due in part to the IPsec community's continued interest in Quantum Key Distribution (QKD), as codified in RFC 8784, published in 2020. We've written before about why QKD is not part of our post-quantum strategy: QKD requires specialized hardware and a dedicated physical link between the two parties, which fundamentally means it will not operate at Internet scale. Also, QKD does not provide authentication, so you still need post-quantum cryptography anyway to stop active attackers. It’s difficult to find implementations of QKD that interoperate across vendors.
The U.S. NSA, Germany's BSI, and the UK's NCSC have all warned against solely relying on QKD. Post-quantum cryptography, by contrast, runs on the hardware you already have, authenticates the parties at both ends, and works end-to-end across the Internet.
RFC 9370, published in 2023, opened the door to post-quantum cryptography in IPsec, allowing up to seven key exchanges to be run in parallel with classical Diffie-Hellman. However, RFC 9370 did not specify which ciphersuites should be used in these parallel key exchanges. In the absence of that specification, some vendors shipped early implementations under RFC 9370 before the hybrid ML-KEM draft was available, defining their own ciphersuites including some which are not NIST-standardized. This is exactly the kind of “ciphersuite bloat” NIST SP 800 52r2 warned against. And the risks to interoperability have played out in practice: Cloudflare IPsec does not yet interoperate with Palo Alto Networks' RFC 9370–based implementation, because it was launched before draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem was available.
Fortunately, we now have draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem that fills in the gaps in RFC 9370, specifying hybrid ML-KEM as one of the key exchange mechanisms that can be operated in parallel with classical Diffie-Hellman. We hope to add Palo Alto Networks to the list of interoperable post-quantum branch connectors as the industry continues to consolidate around draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem.
But the journey towards interoperable post-quantum IPsec standards is not over yet. While draft-ietf-ipsecme-ikev2-mlkem supports post-quantum encryption, we still need IPsec standards for post-quantum authentication, so that we can stop attacks by quantum adversaries on live systems after Q-Day. Given the shortened timeline for full post-quantum readiness, we hope the IPsec community will continue to focus on interoperable PQC implementations, rather than diverting focus to niche use cases with QKD.
Towards an interoperable post-quantum Internet
At Cloudflare, we’re helping make a secure and post-quantum Internet accessible to everyone, without specialized hardware and at no extra cost to our customers. Post-quantum Cloudflare IPsec is one more step on our path to full post-quantum security by 2029, and we’re doing it in a way that ensures that the Internet remains open and interoperable for years to come.
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