IEEE 802.1X-2020 端口访问控制与MKA核心架构详解

本文是「以太网IEEE标准系列」第三篇,聚焦 IEEE Std 802.1X™-2020(Port-Based Network Access Control)。本文分两部分:第一部分解析通用标准(认证架构、MKA密钥层次、EAPOL协议),第二部分对照 OPEN Alliance TC17 Automotive MKA Specification v1.0(2025-02)的车载精简要求。

第一部分:标准篇

一、三个核心问题

❓ Q1:这个标准是什么?

IEEE 802.1X 全称 Port-Based Network Access Control(基于端口的网络访问控制),是 IEEE 802.1 工作组的标准之一,2020 版本号是 802.1X-2020。

它定义了一种通用架构,通过在每个 LAN 端口上划分 受控端口(Controlled Port) 与 非受控端口(Uncontrolled Port):

• 非受控端口 —— 不管主机有没有通过认证,只允许认证相关的协议帧通行(如 EAPOL)。
• 受控端口 —— 通过认证才”打开”,正常业务数据只能从这扇门进出。

❓ Q2:解决什么问题?

安全威胁	802.1X 的应对
未经授权设备私自接入 LAN,获取 IP 后渗透内网	端口默认关闭 → 必须通过 EAP 认证才能打开受控端口
链路窃听(Wi-Fi/可接入的铜缆/光模块)	协商出 CAK → 派生 KEK → Key Server 分发 SAK → MACsec 帧级加密
多设备/跨域/跨厂商互通	标准化协议:EAP over LAN (EAPOL)、MACsec Key Agreement (MKA)
CA 内群组成员变动(新增/离开/失效)	MKA Live Peer List + 选举 Key Server + 周期性重协商

❓ Q3:如何应用?

标准第 7 章列出 7 类典型应用场景,工业落地通常从中选择:

场景编号	名称	关键组件	典型设备
7.1	物理安全 LAN 的主机接入	PAC / PAE	企业办公有线端口
7.2	物理安全 LAN 的基础设施互联	PAC / PAE	机房内交换机-交换机互联
7.3	点对点 MACsec 主机接入	SecY + PAE	数据中心 ToR-Leaf
7.4	MACsec 基础设施 LAN	SecY + PAE	跨机柜/跨机房骨干
7.5	多接入 LAN 的 MACsec 主机接入	SecY + 虚拟端口	工业以太网 / daisy-chain
7.6	MACsec 组播	组 CA(group CAK)	视频分发 / 软件定义车 CAN 替代
7.7	Provider Bridged Network 中的 MACsec	SecY + 桥接	运营商接入网

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二、核心架构:三角色与双端口

2.1 系统角色三件套

802.1X 引入了 EAP 协议里规定的三个角色:

      ┌──────────────────┐
      │  Authentication  │  ← AAA Server(集中存储用户/设备证书)
      │     Server       │     通常与 Authenticator 通过 RADIUS 通信
      └────────▲─────────┘
               │ (RADIUS / Diameter, 标准外)
┌──────────────┴──────────────┐
│      Authenticator         │  ← "门卫":等待 Supplicant 自证
│   (交换机端口 / 无线 AP)    │
└──────────────┬──────────────┘
               │ EAPOL over LAN
┌──────────────▼──────────────┐
│       Supplicant           │  ← "访客":用户提供凭证、自证身份
│   (笔记本/手机/IoT 终端)    │
└────────────────────────────┘

⚠️ Authenticator 与 Authentication Server 不必同机。大多数企业会把服务器独立部署,通过 RADIUS 把 Authenticator 转发过来的 EAP 包再处理一次。

2.2 端口的”两扇门”

这是整个标准最核心的比喻 — 每个端口都存在两扇门:

端口类型	状态	允许流通的帧
Uncontrolled Port	始终打开	仅 EAPOL、Announcement 等”用来开门”的协议帧
Controlled Port	默认关闭,通过认证后才”受控”打开	用户业务数据(被 MACsec 加密或被 PAC 转发)

标准里用两个组件去”开门”:

• PAE(Port Access Entity):负责执行 EAP 认证 + 派生密钥 + 跑 MKA。详细行为见第 12 章。
• PAC(Port Access Controller):轻量级”协议垫片”,在没有 MACsec、只靠物理隔离保证安全的点对点链路上简单放行/隔离流量。详细行为见第 6.4 节。

二者关系: PAE 兼容 PAC。一款实现可以只做 PAC(物理安全 LAN)或 PAE(完整加密链路),也可以同时启用。

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三、密钥层次(Key Hierarchy)

802.1X 的密钥体系是整个 MACsec 链路安全的核心,它将「身份证明」和「数据加密」两个职责解耦:

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    MKA 密钥层次                            │
│         (Source: IEEE 802.1X-2020, Figure 6-3)           │
│                                                             │
│              CAK(Connectivity Association Key)              │
│              ─ 信任根,证明你是 CA 的成员                    │
│              ─ 来源①:EAP 协商(msk[0..15])                 │
│              ─ 来源②:预共享 PSK(管理员配置)               │
│              ─ 来源③:Group CAK(组播分发)                  │
│                    │                                        │
│              KDF(CAK, "IEEE8021 EAP CAK")                  │
│                    │                                        │
│         ┌──────────┼──────────┐                           │
│         ▼          ▼          ▼                            │
│      KEK         ICK        SAK                            │
│  (Key Encrypting (ICV Key)  (Secure Assn Key)             │
│   Key,分发SAK)   校验MKPDU)   ─ 实际加密帧的密钥           │
│                            (周期性轮换)                      │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

🔑 一句话:CAK 是”信任根”,由 EAP 协商;SAK 是”加密钥匙”,由 MKA 在 CA 内分发。

3.1 三种 CAK 来源对比

类型	产生方式	适用场景	Automotive MKA 态度
EAP 派生(pairwise)	EAP 完成后 KDF(MSK, “IEEE8021 EAP CAK”)	默认推荐,适合已知用户的接入网	⚠️ 可用,但非首选
预共享密钥(PSK)	管理员手工配置 pairwise/group CAK + CKN	无 AAA 环境、点对点专线、车载网络	✅ 推荐首选
组 GAK(group CAK)	多个 pairwise CAK 一起”再分发”出一个被组内成员共同持有的 CAK	7.6 节 MACsec 组播	❌ 不支持(AutoMKA-03008)

标准在 6.2.2 节明确禁止”用 EAP 派生出来的 pairwise CAK 再当 group CAK 用”——这是为了防止中间人拦截后扩展权限面。

3.2 关键派生参数

• KDF:与 NIST SP 800-108 计数器模式兼容,PRF 用 AES-CMAC-128 / AES-CMAC-256。
• CAK Label:"IEEE8021 EAP CAK"(UTF-8, 16 字节,带特定空格布局,见 6.2.2)。
• CKN Label:"IEEE8021 EAP CKN",来源:EAP Session-ID(16 字节)。
• ICK/KEK 长度:与 CAK 长度相同。

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四、协议机制详解

4.1 EAP 认证 —— PACP 状态机

PACP(Port Access Control Protocol)是 802.1X 在链路层”装 EAP”的载体。它定义了两个对称的状态机:

• Supplicant PACP(8.7):7 个状态,典型为 Initialize → Disconnected → Connecting → Authenticating → Authenticated → Aborting → Held → Restart。
• Authenticator PACP(8.9):典型为 Initialize → Disconnected → Connecting → Authenticating → Authenticated → Aborting → Held → Restart。

Authenticator (交换机)                  Supplicant (终端)
    │                                       │
    │  ─── EAPOL-Start / EAP-Request/Identity ───► │   ① 触发 / 请求身份
    │                                       │
    │         EAP-Response/Identity         │
    │  ◄──────────────────────────────────── │   ② 上报身份
    │                                       │
    │  (中间可能反复 EAP-Request / Response  │   ③ EAP 方法协商
    │   协商各种 Method 内部消息)            │   (EAP-TLS / PEAP / GTC)
    │                                       │
    │            EAP-Success                │
    │  ◄──────────────────────────────────── │   ④ PAE 派生 MSK→CAK
    │  PAE 把 MSK[0..15]   ──► CAK          │

在 Automotive MKA 场景下,这个握手会被 PSK 模式替代:EAP-TLS 等方法不需要,CAK 由预共享密钥直接提供。

4.2 MKA(MACsec Key Agreement)——最核心的章节

MKA 是 802.1X-2020 第 9 章的精华,本质是 “在一个 CA 内,选出一个 Key Server,周期性广播 SAK 给其他成员”。

4.2.1 核心概念

概念	含义
MKA Participant	每个端口上”跑 MKA 的实例”,持有 CAK,生成 Member Identifier(MI)= 1-byte MI 编号 + 6-byte 端口 MAC
Key Server	由最低 Key Server Priority 选举产生(可平局后看 MI 大小),负责生成 + 分发 SAK
MKPDU	EAPOL Packet Type=5,广播组地址 01-80-C2-00-00-03
ICV	用 ICK 对 MKPDU 计算的 MAC,等于”我拥有此 CAK”的实时证明
Live Peer List / Potential Peer List	在 MKPDU 中广播对组成员的心跳
SAK 轮换	默认每 SAK Retire Time 轮换一次

4.2.2 MKA 在点对点链路上的典型流程(9.17)

1. A、B 上线 → 各自广播 MKPDU(Basic Param + Live Peer List 自报)。
2. 双方通过 ICV 互相认证 → 任一方发现自己有权 Key Server 时开始产 SAK。
3. Key Server 把 SAK 用 KEK 加密后放在 Distributed SAK 集里广播。
4. 双方都安装 SAK 到 SecY → 业务数据开始走 MACsec。
5. SAK 即将到寿命 → 提前一个新 SAK 安到 MACsec SAK Use 集中告知 → 到时无缝轮换。

4.2.3 9.8 SAK 生成规则

• Key Server 强 RNG + 各成员贡献:SAK 由 Key Server 的强 RNG 加上 Live Peer List 成员的 MI 拼接后 KDF 得到(9.8.1 节)。
• 分布式 SAK 派发:Key Server 用 KEK 对 SAK 做 AES Key Wrap(RFC 3394)后放入 MKPDU 的 Distributed SAK 集广播。
• SAK 缓存:旧 SAK 在 SAK Retire Time 内保留,供抗重放使用。

4.2.4 9.12 CA Formation

• CA(Connectivity Association)是两个或多个端口之间的安全关联域,共享同一 CAK。
• CA 可包含最多 30 个 MKA Participant(9.1d 节)。
• 组 CAK 分发:Key Server 在 pairwise CA 上再发一个 Distributed CAK Set,把 group CAK 加密派发给大家。

Automotive MKA 将这一数字缩减为最多 2 人/CA(AutoMKA-03001)。

4.2.5 MKA 定时器参数

参数	默认值	说明
MKA Hello Time	2 s	MKPDU 广播间隔
MKA Life Time	6 s	成员被认为掉线的超时
SAK Retire Time	3 s	旧 SAK 保留时间
Bounded Hello Time	0.5 s	delay protection 开启时

4.2.6 9.4.3 Liveness 判断

• 可接受的最新 MN:对应最近 3 个发出的 MKPDU 的 Message Number。
• 收到更高 MN 的 MKPDU → 对方存活,刷新 Life Timer。
• 超过 Life Time 没收到 → 对方掉线,从 Live Peer List 移除。

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五、EAPOL 帧格式

EAPOL(第 11 章)是 EAP 在 LAN 上的封装,以太网类型 0x888E,分为:

Packet Type	值	用途
EAPOL-Start	0x00	Supplicant 触发认证(可省)
EAPOL-EAP	0x04	核心:承载 EAP 包
EAPOL-MKA	0x05	核心:承载 MKPDU,广播 CA 内心跳/SAK
EAPOL-Announcement	0x06	网络身份/能力广播
EAPOL-Announcement-Req	0x07	请求对方发 Announcement

多播/单播:大多数 EAPOL/EAPOL-MKA 用组地址 01-80-C2-00-00-03(便于发现),EAP-Success/EAP-Failure 用对端单播。

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六、802.1AE MACsec 的协作关系

802.1X 真正强大的地方,在于它为 MACsec 提供”密钥分发通道”:

IEEE 802.1X MKA                          IEEE 802.1AE MACsec
     │                                          │
     │ CAK ──KDF──► KEK + ICK                  │
     │                                          │
     │ Key Server 选举                          │
     │        │                                │
     │        ▼                                │
     │   SAK 生成 + Key Wrap(KEK)              │
     │        │                                │
     │        ▼                                │
     │  MKPDU 广播 SAK                          │
     │        │                                │
     └────────┼────────────────────────────────┘
              │ SAK 安装到 SecY
              ▼
     SecY Engine: MAC 帧加解密
     • 加密:明文 MAC Payload ──AES-GCM──► 密文 + SecTAG + ICV
     • 解密:接收方 SecY 用同一 SAK 解密 + ICV 校验

🔑 一句话:CAK 是”信任根”,由 EAP 协商;SAK 是”加密钥匙”,由 MKA 在 CA 内分发。二者解耦带来极大灵活性——一份 CAK 可以轮换出多把 SAK。

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第二部分:车载篇——OPEN Alliance Automotive MKA

本部分对照 OPEN Alliance TC17 Automotive MKA Specification v1.0(2025-02, Final, Public),提取所有规范级需求(AutoMKA-xxxxx),说明车载实现与通用 IEEE 802.1X-2020 的差异。

七、车载 MKA 的设计目标

OPEN Alliance TC17 制定 Automotive MKA 的三个核心目标:

1. 缩短最坏启动时间 — 从 IEEE 标准的 8 秒压缩到 ≤ 30 ms (AutoMKA-01014)
2. 移除不需要的功能 — 精简掉 in-service upgrade、MKA suspension、distributed CAK、KMD、NID 等车载用不到的特性
3. 添加车载特有功能 — 多 CKN 并行支持(适配不同车型项目)、快速 Link Down 恢复、API 管理接口

与通用 MKA 的兼容性:Automotive MKA 与标准 IEEE 802.1X MKA 可互操作,前提是两端配置为仅使用共同特性。但性能会下降到不符合 AutoMKA-01014 的 30 ms 要求。

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八、Automotive MKA 必选能力集

以下能力在 Automotive MKA 实现中是必须支持的:

8.1 MACsec 能力协商(AutoMKA-01001, 01004, 01005)

Automotive MKA 必须支持以下 MACsec 能力:

✅ Integrity without Confidentiality(仅完整性校验)
✅ Integrity and Confidentiality with Offset 0(带加密,偏移0)
✅ MACsec SecTAG 有 SCI / 无 SCI 两种模式
   └── 无 SCI 模式:点对点 CA 可省略 SCI,节省 8 字节/帧
✅ XPN(Extended Packet Number)cipher suite
✅ Non-XPN cipher suite
✅ 256-bit CAKs 和 128-bit CAKs

Confidentiality Offset 30 和 50 是可选的(AutoMKA-01002),目前没有已知的车载用例需要它们。

8.2 启动时间:≤ 30 ms(AutoMKA-01014)

这是 Automotive MKA 与通用标准最大的工程差异:

参数	IEEE 802.1X MKA	Automotive MKA
最坏启动时间	8 秒(默认)	≤ 30 ms
测量起点	Link Up	Link Up
测量终点	SAK_USE RX/TX 建立(两端)	相同

⚠️ 注意:该要求适用于单个 switched Ethernet 链路。ECU 级的性能目标受 SoC 型号、端口数量、HSM 延迟、MDIO 性能等因素影响,可能无法在所有 ECU 上实现(AutoMKA §1 注)。

8.3 Peer List 上限:2(AutoMKA-03016)

通用标准支持最多 30 个 MKA Participant,但 switched Automotive Ethernet 链路只有两个对等节点,因此 Automotive MKA 将 Peer List 大小限制为 2:

• 最小内存分配:1(正常 Peer) + 1(Reset 场景备用)

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九、Automotive MKA 删除的功能

以下通用 MKA 特性在 Automotive MKA 中不支持(可在实现中省略):

特性	IEEE 802.1X 章节	Automotive MKA 要求
In-service upgrades	9.18 节	❌ 不支持(AutoMKA-03006)
MKA Suspension	9.19 节	❌ 不支持(AutoMKA-03007)
Distributed CAKs	9.12 节	❌ 不支持(AutoMKA-03008)
Key Management Domains(KMD)	6.3.5 节	❌ 不支持(AutoMKA-02009)
Network Identifiers(NIDs)	6.3.5 节	❌ 不支持(AutoMKA-02010)
Cipher Suite 协商	9.13 节	❌ 不支持(AutoMKA-11001)
Secure Announcements	9.13 节	❌ 不支持(AutoMKA-02001)
动态降级 MACsec	9.13 节	❌ 不支持(AutoMKA-02011)
Replay Protection 关闭	可配置	❌ 不支持,Replay Window 固定=0(AutoMKA-01012/01013)

为什么删除这些? 车载网络是静态设计的,两点之间只有一个网络(AutoMKA-02001 注);车内不需要组播(group CAK);KMD/NID 等多域特性在单一车型内无意义;Cipher Suite 协商增加不必要的复杂度和攻击面。

9.1 Replay Protection 固定为窗口=0(AutoMKA-01012, 01013)

Replay Protection Window = 0:
  ─ 任何收到的 PN 小于最近收到的 PN 的帧,一律丢弃
  ─ 这是最强 replay 保护,也是唯一的 Automotive MKA 配置
  ─ 关闭 Replay Protection 不在互操作范围内(AutoMKA-01012 注)

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十、MKA 传输优化:10ms 起步的 doubling ramp-up(AutoMKA-03003, 03004)

通用标准使用固定的 2 秒 Hello Time,Automotive MKA 使用加速 ramp-up 序列:

Automotive MKA 启动时序(Link Up 后):

  10ms ──► 20ms ──► 40ms ──► ... ──► 2s
  ↑
  所有事件立即响应:
  · 收到未知 Peer 的 MKPDU → 立即回复 Potential Peer List
  · Peer 变为 Live → 立即回复 Distributed SAK(Key Server)
  · Peer List 变化 → 立即发送 MKPDU(不等 Hello Time)

  ─── 达到 2s 后切换为标准 MKA Hello Time ───

与通用 MKA 的区别:

事件	通用 MKA	Automotive MKA
链路 Up 后首次发送	等 2s Hello Time	立即发送,10ms 后重试(AutoMKA-03004)
收到未知 Peer	等 Hello Time 到期	立即响应(AutoMKA-03003)
Peer 变 Live	等 Hello Time 到期	立即发送 SAK(AutoMKA-03003)
MN Liveness 判断	最近 3 个 MKPDU	最近 3 个 MKPDU(与通用一致)(AutoMKA-03005)

---

十一、Key Server 优化(AutoMKA-03007, 03008)

11.1 Key Server Priority 固定(AutoMKA-03007)

通用标准 Key Server Priority 是可配置参数,Automotive MKA 简化为只有两个有效值:

Priority 值	含义	典型用途
0	始终是 Key Server	交换机侧(网关/域控制器)
255	永不主动成为 Key Server	终端侧(sensor ECU)

这样设计确保 link up 后没有选举争议,Key Server 直接开始生成和分发 SAK,零协商延迟。

11.2 SAK 提前分发优化(AutoMKA-03010)

通用流程:
  Key Server 生成 SAK → 安装到本地 SecY → 发送 Distributed SAK → Peer 安装 SAK
  时间线: [生成][安装][发送]────────────────► [Peer安装]
          └──────── 两者间隔时间,这段时间链路有安全空窗 ──┘

Automotive MKA 优化:
  Key Server 生成 SAK → 发送 Distributed SAK → 安装到本地 SecY
  时间线: [生成][发送]─────────────► [本地安装]
                              ↑
                          Peer 收到后立即安装
          └── 显著减少两端建立 SAK 的时间差 ──┘

此优化在 Key Server 安装 SAK 时间较长时(例如 MACsec 在外置 PHY,通过 MDIO 配置)尤其有效。

11.3 强制立即 rekey(AutoMKA-03011)

如果 Key Server 收到 Peer 的 MKPDU 满足以下任一条件,立即触发 rekey:

• MKPDU 没有 SAK Use
• MKPDU 有无效 SAK Use
• MKPDU 有空 SAK Use

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十二、PAE 状态机优化(AutoMKA-05001, 05002, 05003)

12.1 多状态一次 tick 完成(AutoMKA-05001)

通用标准要求 PAE 状态机逐个状态切换,Automotive MKA 允许一次 tick 内到达终态:

通用 MKA PAE 状态机(逐状态跳转,每事件一个状态):
  RECEIVE ─► TRANSMITTING ─► DONE ─► RETIRE ─► ...
  [tick][tick][tick][tick]  (每个状态一个 tick)

Automotive MKA PAE(一次 tick 内到达终态):
  RECEIVE ──► TRANSMITTING ──► ... ──► RETIRE ─► final state
  [one tick]──────────────────────────────────────►  ✓

两端必须互操作:Automotive MKA 节点也必须能接受标准节点的逐状态行为。

12.2 unauthAllowed 和 unsecureAllowed 固定为 never(AutoMKA-05002, 05003)

参数	IEEE 802.1X	Automotive MKA
unauthAllowed	可配置	固定=never(AutoMKA-05002)
unsecureAllowed	可配置	固定=never(AutoMKA-05003)

这意味着未认证状态下,即使 MACsec 未建立,受控端口也绝对不放行任何非认证帧。只有认证完成且 SAK 安装后,业务流量才放行。

12.3 删除的 PAE 功能(AutoMKA-05004)

删除功能	IEEE 章节	说明
Network Identities	12.5.3	NID 不支持,自然删除
Session Statistics	12.5.4	车内诊断不需要
Virtual Port Creation/Deletion	12.7	点对点链路不需要虚拟端口
EAPOL Frame Reception Statistics	12.8.1	精简
EAPOL Frame Reception Diagnostics	12.8.2	精简
EAPOL Frame Transmission Statistics	12.8.3	精简

12.4 CAK Cache KMD/NID 变为可选(AutoMKA-05005, 05006)

通用标准要求 CAK Cache 必须包含 KMD 和 NID,Automotive MKA 将其改为可选。

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十三、诊断与管理 API(AutoMKA-06001)

通用标准依赖 SNMP MIB 进行管理,Automotive MKA 不使用 SNMP 和 MIB,改为 API 方式:

必须支持的 API(所有 API 参数名和类型均可在实现中做等价映射):

[ ] Activate/Deactivate MKA         (AutoMKA-07002)
    In: port_number(255=all), enabled
[ ] Get MKA Activation               (AutoMKA-07003)
    In: port_number → Out: enabled
[ ] Get MKA Activations              (AutoMKA-07004)
    → Out: 所有端口的激活状态数组
[ ] Activate/Deactivate CKN          (AutoMKA-07005)
    In: CKN[1..32], port_number, enabled
[ ] Get CKN Activation               (AutoMKA-07006)
    In: CKN → Out: port_number + enabled 数组
[ ] Event CKN Activations            (AutoMKA-07007)
    → Out: 所有 CKN 的激活状态事件数组
[ ] Get PAE Status / PAE Status Event(AutoMKA-07008)
    → Out: MKA状态枚举(Running/Waiting_For_Link_Up/Waiting_For_Peer/
           In_Progress/Auth_Fail/Undefined)
           + peer_sci[8] + ckn_in_use[1..32] + cipher_suite
[ ] Get MACsec Statistics            (AutoMKA-07009)
    → Out: tx_secy_statistics + rx_secy_statistics
           + tx_sc_statistics[] + rx_sc_statistics[]
           (与 IEEE 802.1AE SecYStatsEntry 对齐)

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十四、配置管理(AutoMKA-08001, 08002, 08003, 08004)

14.1 全局配置项(所有端口统一)

参数	默认值	说明
Hello time	2 s	标准 MKA 默认值
Bounded hello time	0.5 s	delay protection 开启时
Lifetime	6 s	标准 MKA 默认值
SAK retire time	3 s	标准 MKA 默认值
Hello time ramp	[10ms, 20ms, 40ms, …, 2s]	doubling 序列(AutoMKA-08003)
Rekey 周期	可配置(0s~24h)	SAK 生命周期(AutoMKA-08002)

14.2 每端口配置项(AutoMKA-08004)

配置项	选项	说明
PSK(CAK & CKN)	16~32 字节	预共享密钥
Include SCI in SecTAG	OFF/ON	仅在某些架构下需要
MKA enabled	true/false	端口级开关
MACsec enabled	true/false	MACsec 使能
KAY role	SERVER / CLIENT	AUTO 不支持(AutoMKA-08004)
Delay protection	ON / OFF	开启时使用 bounded hello time
Participant activation	DISABLED / ONOPERUP / ALWAYS	激活时机
Logon enabled	true/false	MKA 会话开关
Use_EAP	NEVER / IMMEDIATE / ON_MKA_FAIL	EAP 用途
Cipher preference	单条目(无协商)	固定 cipher suite
Confidentiality	integrity_only / integrity_with_confidentiality	是否加密
Confidentiality offset	0 / 30 / 50	0 必选,30/50 可选

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十五、高级特性

15.1 多 CAK/CKN 并行支持(AutoMKA-09001, 09002, 09003)

一辆车可能有多个车型项目,同一 ECU 会被用于不同项目而有不同 CAK 配置。Automotive MKA 支持:

ECU 启动时:

  所有 CKN 同时激活 ──► 并行发送 MKPDU
       │                    │
       │         ┌─────────┴──────────┐
       │         ▼                     ▼
       │    Peer 接受 CKN1         Peer 接受 CKN2
       │    SAK 建立成功           (被忽略)
       │         │                     │
       └─────────┼─────────────────────┘
                 ▼
        CKN1 的 SAK 用于 MACsec
        其余 CKN 的 MKPDU 停止发送(节省资源)

• Link Down 或 MKA 会话终止时,所有 CKN 恢复发送,下次 Link Up 重新协商(AutoMKA-09002)。
• 最大并行 CKN 数量由实现决定(AutoMKA-09003 注)。

15.2 快速 Link Down 恢复(AutoMKA-10001)

通用标准链路 Down 后,Peer 需等待 6 秒 Life Time 才认为对方掉线。Automotive MKA 通过 MI 刷新机制加速:

Automotive MKA 链路 Down 恢复流程:

  链路 Down ──► 本端 MI 改变 ──► Link Up ──► 发送新 MI 的 MKPDU
                                          │
                                          ▼
                     Peer 收到新 MI 的 MKPDU → 立即识别为新会话
                                          │
                                          ▼
                              立即重新协商 SAK ──► MACsec 恢复
                               (无需等待 6s Life Time)

通用 MKA 实现需要在收到新 MI + 本端 MI 在对方 Potential/Live Peer List 中时,才确认是新会话(AutoMKA-03006)。

15.3 MACsec 禁用时的固定时序(AutoMKA-12001, 12002)

Automotive MKA 支持在 MACsec 禁用的情况下运行 MKA,此时:

• MACsec 与 MKA 的联动被禁用(不安装 filter、不安装 key、不读取 PN/XPN 计数器)
• 配置自动设为 MACsec_desired=false + 显式选择 Null Cipher Suite
• 链路 Up 信令延迟与正常 MKA 启动时序一致(~30 ms),避免应用层因时序差异而需特殊处理

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十六、Automotive MKA 与 Automotive MACsec 的协同

┌──────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                  Automotive MKA + Automotive MACsec              │
│                                                                  │
│  Zone Controller ECU                                              │
│  ┌──────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │  Automotive MKA(固件)                                      │   │
│  │  · PSK CAK/CKN                                             │   │
│  │  · Key Server Priority = 0                                  │   │
│  │  · ≤ 30 ms SAK 交付                                        │   │
│  │  · Doubling ramp-up Hello Time                             │   │
│  └──────────────────────┬─────────────────────────────────────┘   │
│                          │ SAK 安装                               │
│                          ▼                                        │
│  ┌──────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │  Automotive MACsec SecY Engine(硬件)                     │   │
│  │  · 点对点 MACsec                                          │   │
│  │  · SecTAG 可无 SCI(省 8 字节)                             │   │
│  │  · Confidentiality Offset 0                               │   │
│  │  · Replay Window = 0                                       │   │
│  └──────────────────────┬─────────────────────────────────────┘   │
│                          │ 加密 MAC 帧                            │
│                          ▼                                        │
│                    100BASE-T1 / 1000BASE-T1 链路                  │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────┘

本节协同关系基于 OPEN Alliance Automotive MACsec Specification v1.0 §2(AutoMACsec-0100101008)和 Automotive MKA Specification v1.0 §1§4。

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总结

标准部分(★ 三句话回顾 ★)

1. 是什么:IEEE 802.1X 是基于 MAC 端口的”认证 + 授权 + 密钥协商”通用框架,通过受控/非受控端口二象限模型隔离未授权流量。
2. 解决什么:阻止未授权 LAN 接入、把密钥分发链路(MKA)与 MACsec(数据加密)解耦,使 CAK/SAK 滚动轮换成为可能。
3. 怎么用:选 PAE 还是 PAC,选 EAP-TLS / PSK / 组 CAK;按 Clause 7 七大场景(物理安全 / 点对点 MACsec / 多接入 / 组播 / Provider Bridged)落地。

车载部分(★ Automotive MKA 要点 ★)

1. ≤ 30 ms 启动:Doubling ramp-up Hello Time(10ms→20ms→40ms→…→2s) + 立即响应未知 Peer + 固定 Key Server Priority(0/255)。
2. 删除不需要的特性:无 KMD/NID、无 in-service upgrade/suspension、无 distributed CAK、无 cipher suite 协商。
3. 车载特有增强:多 CKN 并行支持(首个成功者建立 MACsec)、MI 刷新快速 Link Down 恢复、Replay Window 固定=0、API 管理接口替代 SNMP。

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版权声明: 本文引用了 IEEE Std 802.1X-2020 和 OPEN Alliance Automotive MKA Specification v1.0 的内容,版权归各标准组织所有,引用仅供学习。