量子技術(shù)被認(rèn)為是科技領(lǐng)域的下一個(gè)里程碑。量子計(jì)算帶來(lái)計(jì)算能力的飛躍，使得處理復(fù)雜問(wèn)題如同小兒科，無(wú)論是藥物設(shè)計(jì)、氣候模擬，還是優(yōu)化大型系統(tǒng)，量子計(jì)算都有望大顯身手。但這把雙刃劍也將帶來(lái)巨大威脅它能在瞬息之間破解現(xiàn)今大多數(shù)加密技術(shù)。
傳統(tǒng)密碼學(xué)，就像是保護(hù)我們數(shù)字世界的城墻，但在量子計(jì)算面前，這些城墻就好比是紙糊的。比如，現(xiàn)在廣泛使用的RSA密碼機(jī)制，量子計(jì)算機(jī)使用著名的Shor算法就能輕松破解。一旦量子計(jì)算機(jī)普及，我們的銀行賬戶、電子郵件甚至國(guó)家機(jī)密都將裸露在風(fēng)險(xiǎn)之下。
為了應(yīng)對(duì)量子計(jì)算帶來(lái)的巨大威脅，PQC（Post-Quantum Cryptography，抗量子密碼，又稱后量子密碼）技術(shù)就顯得尤為重要。作為一種針對(duì)量子威脅設(shè)計(jì)的加密算法，PQC能夠抵抗量子計(jì)算機(jī)的攻擊，保護(hù)我們的信息安全。
格爾軟件(603232.SH)副總經(jīng)理、上海泓格后量子科技有限公司總經(jīng)理董明富在接受第一財(cái)經(jīng)采訪時(shí)表示，隨著量子計(jì)算技術(shù)的加速發(fā)展，抗量子密碼的遷移工作十分緊迫，密碼的升級(jí)替換是一項(xiàng)非常復(fù)雜且龐大的工程，并且需要非常大的資金支持，不是一夜之間可以完成的，只有早做布局，在量子時(shí)代真正到來(lái)時(shí)才不會(huì)措手不及。
本文將聚焦以下話題，對(duì)PQC技術(shù)及其應(yīng)用展開討論：
1、什么是PQC技術(shù)，PQC是絕對(duì)安全的嗎？
2、傳統(tǒng)密碼學(xué)向PQC過(guò)渡有哪些難點(diǎn)？
3、PQC技術(shù)目前的應(yīng)用情況及投資機(jī)會(huì)。
用于抵抗“量子威脅”，PQC也并非絕對(duì)安全
PQC技術(shù)是指研發(fā)設(shè)計(jì)能夠抵抗量子計(jì)算機(jī)攻擊的加密算法。
傳統(tǒng)的公鑰密碼體系，如RSA、ECC（橢圓曲線密碼學(xué)）等，依賴于整數(shù)因式分解和離散對(duì)數(shù)問(wèn)題的計(jì)算難度，破解所需的時(shí)間極其漫長(zhǎng)，在現(xiàn)有技術(shù)條件下十分安全。
然而，隨著量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，Shor算法等量子算法被發(fā)現(xiàn)能夠快速破解這些問(wèn)題。以目前最流行和廣泛使用的加密算法RSA算法為例，現(xiàn)在最常見的是2048位加密（密鑰長(zhǎng)度越長(zhǎng)破解時(shí)間越久），而Shor算法理論上能夠在短短8小時(shí)內(nèi)破解長(zhǎng)達(dá)2048位的RSA加密，從而威脅傳統(tǒng)公鑰密碼體系的安全性。
關(guān)于量子計(jì)算機(jī)對(duì)傳統(tǒng)密碼學(xué)的威脅和擔(dān)憂已經(jīng)存在一段時(shí)間，但目前尚未變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。量子計(jì)算機(jī)的算力取決于能夠處理的量子比特?cái)?shù)，目前的量子計(jì)算機(jī)只有數(shù)百到一千個(gè)噪聲量子比特，用于創(chuàng)建少量穩(wěn)定和糾錯(cuò)的量子比特。而要威脅到傳統(tǒng)加密技術(shù)，需要數(shù)千個(gè)穩(wěn)定的量子比特，這可能需要數(shù)百萬(wàn)個(gè)噪聲量子比特。因此，雖然量子計(jì)算機(jī)的能力正在迅速發(fā)展，但還沒有達(dá)到威脅經(jīng)典加密的水平，但有業(yè)內(nèi)專家表示，可能在未來(lái)5-10年內(nèi)或更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到這一水平。
目前，PQC以及量子密碼學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)開發(fā)出多種密碼學(xué)技術(shù)和算法用于對(duì)抗量子計(jì)算的威脅，其重點(diǎn)就是避免使用整數(shù)因式分解和離散對(duì)數(shù)問(wèn)題來(lái)加密數(shù)據(jù)。具體方法包括基于格的密碼學(xué)、基于哈希的密碼學(xué)、基于代碼的密碼學(xué)和基于多變量的密碼學(xué)。其中，基于格的加密技術(shù)被認(rèn)為是目前最為突出和可靠的。
在由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）主導(dǎo)的全球影響力最大的PQC標(biāo)準(zhǔn)化工作中，其2023年選定的四種標(biāo)準(zhǔn)化算法，有三種都是基于格的加密技術(shù)。
那么PQC是否就是絕對(duì)安全的？
董明富表示，任何一個(gè)密碼算法，只要給到足夠的時(shí)間，理論上都是可以被破解的。判斷一個(gè)算法是否安全，主要是在現(xiàn)有技術(shù)條件下，可接受的時(shí)間范圍內(nèi)不能被破解，就可以認(rèn)為是安全的。
所以PQC也并非萬(wàn)無(wú)一失。一方面，盡管這些密碼學(xué)問(wèn)題目前看來(lái)難以攻破，但未來(lái)可能發(fā)現(xiàn)新的解決這些問(wèn)題的方法；另一方面，密碼算法的實(shí)際實(shí)現(xiàn)也可能存在缺陷，或者在參數(shù)選擇上出現(xiàn)失誤，這些都可能成為潛在的安全漏洞。
據(jù)悉，目前對(duì)PQC算法的安全性已經(jīng)從理論層面的數(shù)學(xué)漏洞拓展到實(shí)際應(yīng)用層面，被NIST提名的標(biāo)準(zhǔn)化算法之一的Kyber密鑰封裝機(jī)制（KEM），在2023年接連爆出在應(yīng)對(duì)側(cè)信道攻擊上的安全漏洞。
實(shí)際攻擊的出現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了在部署PQC算法時(shí)，及時(shí)檢查并修復(fù)潛在漏洞的重要性，促使PQC算法的不斷改進(jìn)和演進(jìn)，以提高真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景中的安全性。
董明富表示，密碼技術(shù)對(duì)于國(guó)家安全而言，處于一個(gè)非常重要的地位。為了保持?jǐn)?shù)字世界的安全，PQC技術(shù)需要不斷發(fā)展和更新，以隨時(shí)適應(yīng)新的威脅。
傳統(tǒng)密碼體系向PQC過(guò)渡仍面臨很多挑戰(zhàn)
盡管量子計(jì)算對(duì)傳統(tǒng)密碼學(xué)的威脅目前仍停留在理論階段，但全球各國(guó)都在呼吁加速進(jìn)行PCQ技術(shù)的遷移。
2023年12月，中國(guó)抗量子密碼戰(zhàn)略與政策法律工作組成立與專家聘任儀式在第十三屆中國(guó)信息安全法律大會(huì)主論壇上舉行。工作組將對(duì)抗量子密碼技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、業(yè)務(wù)的現(xiàn)狀和相關(guān)國(guó)內(nèi)外政策、法律法規(guī)進(jìn)行研究，以公開或定向方式發(fā)表抗量子密碼相關(guān)藍(lán)皮書、專題研究報(bào)告等成果，推動(dòng)形成中國(guó)抗量子密碼共識(shí)和行動(dòng)方案。
此前在2022年，美國(guó)國(guó)家安全局（NSA）發(fā)出呼吁，要求各種規(guī)模的組織在2035年之前進(jìn)行量子安全加密的遷移。2023年，美國(guó)國(guó)內(nèi)安全局（CISA）、NSA和NIST再次發(fā)布了一份新的資源，其中包含了抗量子加密技術(shù)遷移的指導(dǎo)原則。
英國(guó)國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全中心（NCSC）也于2023年發(fā)布白皮書，幫助商業(yè)企業(yè)、公共部門組織和關(guān)鍵國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施提供商的系統(tǒng)和風(fēng)險(xiǎn)所有者思考如何為向PQC遷移做好準(zhǔn)備。
對(duì)于抗量子加密技術(shù)部署的緊迫性，董明富表示，目前一個(gè)最大的問(wèn)題在于敏感信息的前向安全問(wèn)題，雖然現(xiàn)在量子計(jì)算技術(shù)還未實(shí)現(xiàn)真正突破，但很多加密敏感信息在網(wǎng)上流轉(zhuǎn)，這意味著不法分子可以現(xiàn)在竊取加密數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ)起來(lái)，等量子計(jì)算技術(shù)成熟后再來(lái)解密。
應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題，目前主要采取量子密鑰分發(fā)（QKD）和PQC技術(shù)，其中QKD被認(rèn)為是理論上唯一無(wú)條件安全的通信方式，因?yàn)镼KD密鑰安全性是基于量子物理定律，而不是基于數(shù)學(xué)問(wèn)題的計(jì)算復(fù)雜性。我國(guó)在基于QKD技術(shù)的量子保密通信組網(wǎng)建設(shè)上已初具規(guī)模，商業(yè)化應(yīng)用正在持續(xù)推進(jìn)，而PQC算法目前正在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化論證。
推動(dòng)PQC技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，完成傳統(tǒng)密碼體系向PQC過(guò)渡仍然面臨很多挑戰(zhàn)。董明富表示，首先就是標(biāo)準(zhǔn)化工作，目前美國(guó)NIST正在推進(jìn)相關(guān)算法標(biāo)準(zhǔn)草案的評(píng)估，預(yù)計(jì)2024年正式批準(zhǔn)；我國(guó)也從去年開始推進(jìn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)立，但目前還沒有完全標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化工作是PQC算法推廣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
其次，因?yàn)槊艽a體系是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的技術(shù)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全生態(tài)當(dāng)中滲透非常廣，完全向PQC過(guò)渡是一項(xiàng)長(zhǎng)期且復(fù)雜的工程，從芯片到操作系統(tǒng)需要建立起完整的量子安全生態(tài)。與此同時(shí)，在資源和資金上的投入也非常大，大規(guī)模推廣仍需要國(guó)家政策的支持。
PQC技術(shù)離大規(guī)模商業(yè)化還有一段距離
各國(guó)目前都很重視PQC技術(shù)的發(fā)展。全球PQC科研機(jī)構(gòu)以高校為主。中國(guó)參與PQC領(lǐng)域的科研機(jī)構(gòu)較多，但實(shí)現(xiàn)商業(yè)化轉(zhuǎn)型的機(jī)構(gòu)仍然有限。美國(guó)已有多家科研機(jī)構(gòu)孵化出PQC初創(chuàng)公司，轉(zhuǎn)型商業(yè)化。根據(jù)專注于前沿科技領(lǐng)域的知名咨詢機(jī)構(gòu)ICV的研究報(bào)告，從PQC公司總部地理分布來(lái)看，美國(guó)、歐盟、中國(guó)的公司分布較為密集。
從PQC應(yīng)用方面看，美國(guó)IBM、Microsoft、Google等科技巨頭已將公司業(yè)務(wù)拓展至PQC領(lǐng)域，其中Google 已應(yīng)用PQC算法保護(hù)其旗下Chrome瀏覽器網(wǎng)絡(luò)安全。
4月10日，我國(guó)第三代自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“本源悟空”成功裝備國(guó)內(nèi)首個(gè)PQC“抗量子攻擊護(hù)盾”混合加密方法，能夠更好抵御其他量子計(jì)算機(jī)的攻擊，確保運(yùn)行數(shù)據(jù)安全。
總體來(lái)看，目前PQC技術(shù)仍處于研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化階段，離大規(guī)模商業(yè)化還有一段距離，但密碼技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的基石，承擔(dān)抵御量子時(shí)代信息安全的重任，有望在國(guó)家政策的大力扶持下快速發(fā)展。
對(duì)于各大網(wǎng)絡(luò)安全廠商而言，布局抗量子密碼技術(shù)已成為重中之重，畢竟一旦量子計(jì)算機(jī)在算力上實(shí)現(xiàn)重大突破，現(xiàn)有密碼體系將完全失效。據(jù)董明富介紹，格爾軟件作為核心的密碼安全企業(yè)，已經(jīng)將PQC技術(shù)作為戰(zhàn)略性技術(shù)來(lái)對(duì)待，在研發(fā)、市場(chǎng)等各方面資源都將向抗量子密碼技術(shù)傾斜。
