3. 实验环境硬件与操作系统准备

后量子TLS实验并不是在单机上跑一条命令就能完成的任务。它涉及客户端与服务端握手、证书与密钥交换算法替换、抓包与性能采样等多个环节，因此第一步是把“算力、系统、网络、依赖、权限”这五件事规划清楚。本节围绕虚拟机/容器资源规划、Linux发行版选择、网络拓扑设计、依赖包管理与权限配置展开，目标是得到一个可重复、可观测、可回滚的实验底座。

一、资源规划：先算清“要跑几个进程、吃多少内存”

后量子算法（如ML-KEM、ML-DSA、Falcon等）的密钥生成与签名运算开销明显高于传统RSA/ECC，尤其是基于格的方案在密钥生成阶段对CPU和内存更敏感。规划时建议按“角色”而不是按“机器”估算资源。一个典型的最小实验拓扑包含四类角色：

• PQC服务端：运行支持后量子算法的TLS服务（如OpenSSL 3.5+、OQS-Provider、BoringSSL分支），需要编译工具链与较大内存用于密钥运算。
• PQC客户端：发起握手、执行证书校验，可与服务端同机不同容器，也可独立虚拟机。
• 观测节点：运行tcpdump/Wireshark、ss、perf等，用于抓包与性能采样。
• 对照节点：运行传统TLS栈，用于与PQC路径做对比。

以教学实验为例，可假设如下配置（属于合理示例，非实测结论）：每台虚拟机2 vCPU、4 GB内存、40 GB磁盘；若采用容器，则每个容器限制2 CPU、2 GB内存。编译OQS-Provider这类组件时，建议临时把内存上调到4 GB以上，否则链接阶段容易因内存不足失败。磁盘方面，源码、构建产物、抓包文件会快速累积，40 GB是较稳妥的下限，抓包目录建议单独挂载并设置轮转。

二、Linux发行版选择

发行版选择的核心是“工具链版本是否够新”和“依赖是否容易获取”。后量子TLS实验通常需要较新的GCC/Clang、CMake、Perl、Python以及OpenSSL开发头文件。推荐优先考虑以下三类：

• Ubuntu 22.04/24.04 LTS：软件源丰富，OQS、OpenSSL文档与社区示例多，适合作为主实验系统。
• Debian 12：稳定、包管理干净，适合做长期可复现的基线环境。
• Rocky Linux 9 / AlmaLinux 9：若需贴近企业RHEL生态，可选此类，但部分新算法库需自行编译。

不建议使用过旧的CentOS 7或极简Alpine作为主实验系统：前者工具链过旧，后者缺少glibc兼容层，编译OQS组件时容易遇到动态链接问题。若确实要用容器，建议基础镜像选ubuntu:24.04或debian:12，而不是alpine。

三、网络拓扑设计

拓扑设计要同时满足“能抓包”“能隔离”“能对照”。推荐采用“双网段”结构：管理网段负责SSH与软件分发，实验网段承载TLS流量。下图给出一个可直接落地的拓扑示例：

该拓扑的关键点有三：其一，管理网与实验网分离，避免抓包流量混入SSH会话；其二，观测节点通过交换机镜像口或tcpdump -i any旁路采集，不改变被测路径；其三，对照节点使用相同端口与证书体系，仅替换算法套件，保证对比公平。若资源有限，也可把服务端与客户端放在同一宿主机的两个容器中，通过docker network create建立自定义桥接网络，但需注意容器内抓包要加NET_ADMIN能力。

四、依赖包管理与权限配置

依赖管理建议“系统包用发行版仓库、算法库用源码编译、版本用清单锁定”三层策略。以Ubuntu 24.04为例，基础依赖可一次性安装：

sudo apt update
sudo apt install -y build-essential cmake ninja-build perl python3 \
  libssl-dev pkg-config git curl tcpdump wireshark-common \
  net-tools iproute2 jq

编译OQS-Provider或OpenSSL后量子分支时，务必固定版本标签（如git checkout 0.8.0），并把构建脚本与版本号写入deps.lock文件，避免不同节点拉到不同提交。安装路径建议统一到/opt/pqc，通过LD_LIBRARY_PATH或/etc/ld.so.conf.d/pqc.conf注册，而不是覆盖系统自带的OpenSSL，防止破坏apt等系统工具。

权限方面遵循最小授权：实验账号pqc加入sudo组但仅授权必要命令；抓包需要CAP_NET_RAW与CAP_NET_ADMIN，可通过setcap cap_net_raw,cap_net_admin+eip /usr/bin/tcpdump授予，避免长期以root运行抓包；服务端监听4433端口无需root（大于1024），因此不必给服务进程提权。证书与私钥目录设为700，属主为pqc，并在/etc/security/limits.conf中适当提高文件描述符上限，便于并发握手测试。

完成上述准备后，可用三条命令做基线自检：openssl version -a确认算法提供者路径，ip -brief addr确认双网段地址，tcpdump -D确认抓包权限可用。三者均通过，说明硬件、系统、网络与权限已具备进入后续算法配置与握手测试的条件。