面对量子挑战，加密算法何去何从
2018-12-19 11:21:45
投稿人 : haixia0023
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量子计算机无可比拟的计算能力，给密码学界带来了种种隐忧。在量子计算面前，加密技术可能会败下阵来。因而有业内人士表示，如果有人利用量子计算机作恶，当前的加密措施很可能形同虚设，难以起到有效的防护作用。
就在不久前，黑莓公司宣布开发出具有“量子抗性”的数字签名，并表示要把这项技术添加到加密工具中。数字签名是一种除原始作者外，任何人都不能更改软件内容的加密方法。
所谓“量子抗性”数字签名，抗的就是量子计算。这一技术的推出，显示出量子计算已经对现有的加密方式产生了威胁。那么，这种威胁是如何产生的？该“量子抗性”数字签名的技术原理又是什么？
新旧博弈，量子计算潜力远超传统计算
数据加密的基本过程是，对原文和加密密钥以某种算法进行处理，从而获得一段不可读的代码，即为密文，此为加密过程。当密文经由网络传输给收信方，收信方可通过解密密钥和加密算法的逆运算，解密算法，使密文转变成原本的明文内容，此为解密过程。无论是加密还是解密过程，其中都涉及大量的计算工作。
当前，密码体制分为对称式和非对称式两类。若加密密钥和解密密钥相同，其为对称密码体制。该技术的特点是算法公开、加密效率高，但安全性低。若加密密钥和解密密钥不同，则为非对称密码体制。在传输过程中，加密密钥可被公开，而解密密钥则被收信方单独持有。
“量子计算不同于传统的计算方式，传统计算是基于0和1的二维计算，而量子则可实现N维并行运算，在运算效率方面的潜力大大超过传统计算方式。”渔翁信息技术股份有限公司总裁郭刚在接受科技日报记者采访时说。
“量子计算速度非常快，一旦量子计算机开始被大规模使用，就能轻易破解一些加密算法，使其丧失防护能力。”郭刚说。
曾有研究人员计算过，分解一个二进制位数为100的数N，假设量子计算机和经典计算机的运算速度均是1010次/秒，由于量子计算能够进行并行运算，每次量子运算可一并处理2100个数据。因此，最终结果：经典计算机用时为1027秒，量子计算机用时仅为10-10秒。
直面挑战，以其人之道还治其人之身
在郭刚看来，量子计算技术未来一定会趋于成熟，科研人员也正在针对量子计算的威胁，设计与之抗衡的加密算法，从多维度保护数据安全，“以其人之道，还治其人之身”。
密码研究者发现，目前量子算法并不能对所有加密算法都形成冲击。比如涉及到格基向量、非线性方程组等计算方式的加密算法, 在面对量子计算挑战时就能做到“稳如泰山”。在运算求解这些问题时，与传统计算方式相比，量子计算并无明显优势。
此番黑莓公司提出的“量子抗性”数字签名就是一个典型的例子。“该技术可能采用了对量子计算‘免疫’的算法，因而量子计算对其不起作用，故可以做到除原始作者外任何人都无法篡改软件内容。”郭刚表示。
可以预见，量子计算将会对人工智能、材料设计、药物合成等领域产生巨大影响，也会给传统密码学带来冲击。不过，随着抗量子密码体制的逐渐崛起，一股与之抗衡的力量也在潜滋暗长，为维护网络安全贡献力量。
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