如何提高量子時(shí)代的安全性

主流量子計(jì)算可能還有幾十年的時(shí)間，但其破解加密的能力意味著研究人員現(xiàn)在正在研究如何提高量子時(shí)代的安全性。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)從根本上改變了人們的日常生活，且每天都在變得更加強(qiáng)大。你現(xiàn)在正在用來(lái)閱讀這篇文章的智能手機(jī)，可能比幾十年前的超級(jí)計(jì)算機(jī)也更強(qiáng)大。

但即使是今天最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)也有很大的局限性。

那么，這就是量子計(jì)算機(jī)的用武之地了 —— 這是一個(gè)利用量子力學(xué)定律來(lái)開(kāi)啟計(jì)算能力指數(shù)增長(zhǎng)的研究領(lǐng)域。通過(guò)量子計(jì)算，藥物發(fā)現(xiàn)、疫苗研究、金融建模、天氣預(yù)報(bào)以及幾乎任何需要巨大計(jì)算能力的領(lǐng)域都可能大大加速。

量子計(jì)算機(jī)也可以用來(lái)破解世界上一些最常見(jiàn)的加密算法。

兩種加密系統(tǒng)的故事

加密有兩大類(lèi)。

第一種是對(duì)稱(chēng)加密（symmetrical encryption）或?qū)Ｓ忻荑€加密（private key encryption）?？梢赃@樣理解：你鎖門(mén)的時(shí)候用的鑰匙，同樣也是開(kāi)鎖用的鑰匙。當(dāng)使用相同的密鑰加密和解密信息，并且只有少數(shù)人有權(quán)訪問(wèn)時(shí)，這稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)加密。同樣，你的房子的鑰匙通常自己是不會(huì)分發(fā)給你不信任的人的。

非對(duì)稱(chēng)（Asymmetrical）或公鑰加密（public key cryptography）允許您使用不同的密鑰加密和解密信息，其中一個(gè)密鑰是公開(kāi)分發(fā)的。把公鑰想象成一把鑰匙，有人可以用它鎖上門(mén)，但不能開(kāi)鎖。或者是能夠打開(kāi)門(mén)，但不能鎖門(mén)。這個(gè)系統(tǒng)有點(diǎn)復(fù)雜，但實(shí)際上你只需要知道一件事情：這種類(lèi)型的加密技術(shù)允許你安全地與你從未見(jiàn)過(guò)的人進(jìn)行業(yè)務(wù)往來(lái)。

根據(jù)IEEE會(huì)員Jonathan Katz的說(shuō)法，每當(dāng)傳輸層安全用于加密的網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，都會(huì)部署公鑰加密，包括公鑰加密和數(shù)字簽名。所有主要公司都使用數(shù)字簽名來(lái)驗(yàn)證其代碼更新。

對(duì)稱(chēng)密鑰加密通常比非對(duì)稱(chēng)公鑰加密更難破解。

Katz表示：“30多年來(lái)，人們已經(jīng)知道，大規(guī)模通用量子計(jì)算機(jī)的存在將使現(xiàn)有的公鑰加密（加密和數(shù)字簽名）不安全。雖然這聽(tīng)起來(lái)很糟糕，但請(qǐng)注意，目前尚不清楚這種量子計(jì)算機(jī)何時(shí)可用。”

許多專(zhuān)家認(rèn)為，在未來(lái)二十年內(nèi)，能夠打破現(xiàn)代密碼學(xué)的大規(guī)模通用量子計(jì)算機(jī)將面世。

后量子密碼的競(jìng)爭(zhēng)

IEEE高級(jí)會(huì)員Kevin Curran說(shuō)：“密碼界開(kāi)始將注意力集中在后量子密碼術(shù)（post-quantum cryptography）上，但需要時(shí)間來(lái)提高效率和建立信心。還需要時(shí)間來(lái)提高后量子密碼術(shù)的可用性?！?/p>

這其中的挑戰(zhàn)之一是：無(wú)論使用何種系統(tǒng)，都必須在支撐當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)中工作。

Curran表示：“我們很可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們實(shí)際上并不需要后量子密碼術(shù)。但風(fēng)險(xiǎn)可能太大，無(wú)法承擔(dān)。如果我們現(xiàn)在不進(jìn)行這項(xiàng)研究，那么我們可能會(huì)失去這一領(lǐng)域多年的關(guān)鍵研究?！?/p>

而另一個(gè)問(wèn)題是：一些數(shù)據(jù)可能非常有價(jià)值，值得等待解密。

Katz說(shuō)：“問(wèn)題的一部分在于，攻擊者現(xiàn)在可以記錄和存儲(chǔ)加密數(shù)據(jù)，然后使用量子計(jì)算機(jī)——當(dāng)量子計(jì)算機(jī)可用時(shí)——破壞加密并恢復(fù)底層數(shù)據(jù)。因此，需要保密20年以上的數(shù)據(jù)需要使用針對(duì)量子計(jì)算機(jī)的安全技術(shù)進(jìn)行保護(hù)。”

后量子密碼術(shù)的競(jìng)賽正在進(jìn)行，并且沒(méi)有跡象表明它會(huì)在短期內(nèi)放緩。

審核編輯 ：李倩