后量子算法：保障密码学的未来

当前的加密技术能否应对量子时代的到来？ 随着量子计算的出现，经典加密技术正面临着被破解的直接威胁。后量子算法应运而生，成为至关重要的解决方案。这项引人入胜的技术能够保护数据免受量子攻击，有望为未来几十年提供数字安全保障。与经典密码方案不同，这些算法能够抵御即使是最复杂的量子攻击。但它们是如何工作的？又为何如此重要？在本文中，我们将探讨后量子算法如何重塑网络安全格局，以及这对未来的加密技术意味着什么。

什么是后量子算法？

后量子算法是一种加密技术，用于保护敏感信息免受量子计算机强大处理能力的威胁。与可以借助 Shor's 算法等被量子计算机破解的经典加密方法相比，这种新方法利用了量子和经典系统都难以计算的数学难题。量子计算机使用量子比特以新的速率处理信息，从而危及当前的加密状态，例如 RSA 或 ECC。

为了应对这种情况，后量子解决方案采用了诸如基于格的加密、基于代码的密码学和基于哈希的签名等方法。 这些是长期的安全框架，即使在有大量量子计算机可用于密码算法的情况下，也能确保数据的安全。

为什么我们今天需要后量子算法

尽管量子计算机尚未普及，但在初始阶段对算法进行后量子实施是不可避免的。加密不是为了今天，而是为了未来的数据。网络窃贼今天会窃取加密的数据，并在未来出现量子技术时破解它。

如今，后量子算法的应用可确保长期的安全信息保护。政府机构、银行和医疗服务提供商已经开始过渡到抗量子系统。

后量子算法的类型

后量子算法有多种类型，每一种都有其特殊的优势 -

• 基于格的密码学 (Lattice-based Cryptography): 基于格的密码学是最有希望的。它依赖于格问题来构建安全性，即使是功能强大的量子计算机也无法快速解决这些问题。它们可以进行数字签名和加密，而且速度相对较快。它们相当通用，因此符合标准化要求。
• 基于哈希的密码学 (Hash-based Cryptography): 基于哈希的密码学主要基于数字签名。 它们享有传统密码哈希函数的安全性，并且可以安全地防御已知的量子攻击。 这种方案非常安全且成熟，但由于其大小和速度较慢，通常不用于加密，仅适用于保护固件和软件补丁。
• 多元多项式密码学 (Multivariate Polynomial Cryptography): 多元多项式密码学：多元多项式密码学由涉及多个变量的复杂数学方程式组成。 它们提供紧凑的签名生成和验证，这在资源受限的环境（例如嵌入式系统）中非常有利。
• 基于代码的密码学 (Code-based Cryptography): 基于代码的密码学研究已经进行了数十年，它使用纠错码来加密和保护信息。 它可以很好地防御量子攻击，尤其适用于加密应用。 尽管基于代码的密码系统具有较大的公钥大小，但其悠久的抵抗历史使其成为长期保护信息的常用选择。

后量子算法如何工作

后量子算法依赖于使用量子计算机难以破解的数学问题的概念。 它们可以抵抗经典攻击和量子攻击。 其中之一，基于格的密码学，使用高维空间中的向量。 即使对于功能非常强大的量子处理器，解决格问题仍然非常困难。

在你的收件箱中获取 BlockByte 的故事

免费加入 Medium 以获取这位作者的更新。

所有建议的算法都经过广泛的性能、密钥大小和抵抗任何已知量子攻击的测试。 美国国家标准与技术研究院 (NIST) 协调全球力量来测试和标准化这些算法。 他们致力于开发新的密码系统，以取代当前容易受到攻击的系统，并在量子计算机易于使用且功能非常强大的世界中提供信息的长期安全性。

后量子算法的实际应用

后量子算法的应用不是一种理论。 许多公司已经开始使用它们 -

• 金融 (Finance): 金融行业的组织使用抗量子密码学来保护机密的金融交易和客户数据。 财务信息具有数十年的保密性，而量子安全加密可以保护它免受未来黑客攻击。 银行和支付处理商正在试验并将后量子方法实施到核心安全解决方案中。
• 医疗保健 (Healthcare): 医疗记录的完整性和机密性构成了医疗保健业务的基础。 医疗机构和医院一直在使用量子安全加密来保护患者的数据几十年。 健康信息会保留多年，而后量子方法可确保此类信息不会受到未来计算突破的影响。
• 政府 (Government): 政府部门管理可能在数十年内都有用的国家安全信息。 因此，他们正在率先采用后量子技术，主要用于安全通信和敏感文档。 军事、情报和外交部门正在投资抗量子技术，为未来做好准备。
• 云服务 (Cloud Services): 云服务提供商部署抗量子加密。 由于云基础设施负责从文档存储到软件服务的所有事务，因此他们必须确保存输中和静态数据的保护。 云计算巨头正在试验涉及经典加密和后量子加密的混合方法，以进一步保护数据。

现代世界中的后量子安全

安全不仅意味着加密信息；还意味着预测它。 这就是后量子安全发挥作用的地方。 随着数十亿台设备的连接和更多的数据交换发生，组织需要提前思考。 一次量子攻击将泄露数百万条记录。 公司今天采用后量子算法，可以构建面向未来的弹性。

过渡到后量子算法：未来的挑战

过渡到后量子算法给当代组织带来了一系列挑战。 今天的大多数数字架构都依赖于过时的加密算法，例如 RSA 或 ECC。 用抗量子技术替换这些系统需要大量的时间、资金和广泛的测试。 后量子技术具有更长的密钥长度和更高的计算开销，从而影响性能，尤其是在过时的硬件上。

为了控制这种转变，公司必须从适当的风险分析开始。 公司必须标记处理敏感或长期数据的系统，并首先对其进行升级。 制定清晰的迁移时间表可确保流程的无缝衔接。 通过尽早执行并采用混合密码学，公司可以逐步淘汰其系统，同时在量子攻击之前保持领先地位，而不会牺牲安全级别。

政府和全球为实现量子安全所做的努力

全球各国政府都在积极参与应对量子计算风险。 各国政府认识到，未来的加密技术必须具有抗量子性。 美国国家标准与技术研究院 (NIST) 等组织通过开展后量子密码学标准化流程，在全球范围内率先开展行动。 该流程旨在确定要在全球范围内实施的最佳后量子算法。

同时，各国资助研究、赞助学术研究并与私营技术公司合作，以开发抗量子数字基础设施。 为了使这些突破有效，全球合作是必要的。 各国政府需要合作制定透明的政策、提高认识并提供有关量子安全程序的教育。 这些步骤将决定安全通信和数据保护的未来。

了解后量子加密技术

后量子加密 (Post quantum encryption) 采用抗后量子的方法来加密数字信息。 这与后量子算法结合使用，可保护加密信息，使任何个人（甚至是量子计算机）都无法访问它。 无论是保护电子邮件、财务数据还是政府文档，加密都是数据保护的重要方面。 今天采用量子加密的公司将成为明天的领导者。](https://insights.ncog.earth/how-post-quantum-cryptography-protects-data/)是安全通信的未来。 基于因式分解等问题的传统密码系统不再有效。[后量子算法](https://insights.ncog.earth/post-quantum-algorithm/) …**

• 原文链接： blog.blockmagnates.com/p...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～