如何提高量子时代的安全性

主流量子计算可能还有几十年的时间，但其破解加密的能力意味着研究人员现在正在研究如何提高量子时代的安全性。

现代计算机从根本上改变了人们的日常生活，且每天都在变得更加强大。你现在正在用来阅读这篇文章的智能手机，可能比几十年前的超级计算机也更强大。

但即使是今天最强大的计算机也有很大的局限性。

那么，这就是量子计算机的用武之地了 —— 这是一个利用量子力学定律来开启计算能力指数增长的研究领域。通过量子计算，药物发现、疫苗研究、金融建模、天气预报以及几乎任何需要巨大计算能力的领域都可能大大加速。

量子计算机也可以用来破解世界上一些最常见的加密算法。

两种加密系统的故事

加密有两大类。

第一种是对称加密（symmetrical encryption）或专有密钥加密（private key encryption）。可以这样理解：你锁门的时候用的钥匙，同样也是开锁用的钥匙。当使用相同的密钥加密和解密信息，并且只有少数人有权访问时，这称为对称加密。同样，你的房子的钥匙通常自己是不会分发给你不信任的人的。

非对称（Asymmetrical）或公钥加密（public key cryptography）允许您使用不同的密钥加密和解密信息，其中一个密钥是公开分发的。把公钥想象成一把钥匙，有人可以用它锁上门，但不能开锁。或者是能够打开门，但不能锁门。这个系统有点复杂，但实际上你只需要知道一件事情：这种类型的加密技术允许你安全地与你从未见过的人进行业务往来。

根据IEEE会员Jonathan Katz的说法，每当传输层安全用于加密的网络连接时，都会部署公钥加密，包括公钥加密和数字签名。所有主要公司都使用数字签名来验证其代码更新。

对称密钥加密通常比非对称公钥加密更难破解。

Katz表示：“30多年来，人们已经知道，大规模通用量子计算机的存在将使现有的公钥加密（加密和数字签名）不安全。虽然这听起来很糟糕，但请注意，目前尚不清楚这种量子计算机何时可用。”

许多专家认为，在未来二十年内，能够打破现代密码学的大规模通用量子计算机将面世。

后量子密码的竞争

IEEE高级会员Kevin Curran说：“密码界开始将注意力集中在后量子密码术（post-quantum cryptography）上，但需要时间来提高效率和建立信心。还需要时间来提高后量子密码术的可用性。”

这其中的挑战之一是：无论使用何种系统，都必须在支撑当今互联网的复杂生态系统中工作。

Curran表示：“我们很可能会发现，我们实际上并不需要后量子密码术。但风险可能太大，无法承担。如果我们现在不进行这项研究，那么我们可能会失去这一领域多年的关键研究。”

而另一个问题是：一些数据可能非常有价值，值得等待解密。

Katz说：“问题的一部分在于，攻击者现在可以记录和存储加密数据，然后使用量子计算机——当量子计算机可用时——破坏加密并恢复底层数据。因此，需要保密20年以上的数据需要使用针对量子计算机的安全技术进行保护。”

后量子密码术的竞赛正在进行，并且没有迹象表明它会在短期内放缓。

审核编辑 ：李倩