如何對抗量子計算攻擊？“后量子密碼”保安全

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“現代公鑰密碼學自20世紀70年代誕生起，業已成為當今和未來各種網絡形態的安全信任根基。而隨著量子計算的發展，未來可能會徹底顛覆現代公鑰密碼學。”近日，在第三屆雁棲湖國際后量子密碼標準化與應用研討會暨后量子技術成果發布會上，清華大學丘成桐數學中心、北京雁棲湖應用數學研究院教授丁津泰指出。

與會專家呼吁，加強對能夠抵御量子密碼算法的“后量子密碼（又叫抗量子密碼）”研究部署，建立后量子密碼標準，保證未來網絡空間安全。

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研討會現場 主辦方供圖

什么是“后量子密碼”？

20世紀70年代，第一代公鑰加密算法的出現徹底改變了互聯網安全的局面。

隨后，世界各國花費巨資建立起來的龐大的公鑰密碼基礎設施成為了當今網絡空間不可或缺的信任根：小到個人信息、大到組織機構以及金融、稅務、智能交通、智慧醫療、智慧城鎮等等各行各業的信息化應用，乃至數字經濟的穩定發展，都離不開公鑰密碼基礎設施。

丁津泰介紹，公鑰密碼算法均基于一些經典數學難題求解的困難性, 如因子分解問題、離散對數問題等，而公鑰密碼算法分析的核心就是研究這些數學難題的快速求解算法。

然而，隨著量子計算的出現，這一“信任根”將面臨著前所未有的沖擊。“量子計算依賴于量子分解算法，而量子分解算法恰好可以高效解決公鑰密碼算法所依賴的大整數分解和離散對數兩個數學難題。”丁津泰說，隨著量子科技的快速發展，一旦大規模量子計算機出現，互聯網的信任錨就將斷裂，全球互聯網的安全也將不復存在。

這一現實威脅引起了各國工業界和政府部門的重視。2003年，能夠抵御量子計算攻擊的“后量子密碼”的概念進入了人們的視野。學術界、產業界和各國政府機構開始用后量子密碼來囊括能夠抵御量子計算攻擊的新一代公鑰密碼算法簇。

“就像氣候變暖，一個國家的極端氣候也會對其他國家產生諸多影響，計算機網絡互聯互通，需要各國攜手應對挑戰。”重慶大學大數據與軟件學院教授向宏表示，“如果不采取積極的應對措施，在別國已經加裝防盜門的情況下，我們還是木門，就會被量子計算機一腳踹開，這樣整個網絡安全體系就會崩潰。”

專家呼吁盡快啟動后量子密碼標準制定

2016年，美國國家標準與技術研究院（NIST）宣布征選后量子密鑰標準，至今經歷了四輪公開篩選，丁津泰提出的Kyber算法與Dilithium、FALCON和SPHINCS+共計4種算法入選。今年6月，NIST再次宣布，將從全球征集的另外50種算法加入其中，競爭產生最終的后量子密鑰標準。

2022年12月，美國白宮發布《量子計算網絡安全防范法案》，鼓勵聯邦政府機構采用不受量子計算影響的加密技術。

在不確定量子計算機能否大規模應用的情況下，對后量子密碼算法的研究布局是否有意義？

對此，向宏認為，“目前在國際上已經催生出了后量子密碼的新產業，當市場上有新的藍海出現，領先芯片企業就會將其功能嵌入其中。比如一家企業生產的芯片可以抵御量子計算的攻擊，另一家企業生產的芯片無法抵御，客戶會選誰的？毫無疑問是前者。”

與會專家建議，我國也應盡快啟動后量子密碼標準制定與研究，這需要政府部門、學術界、產業界共同發力。

“標準的制定不是純粹的技術問題，它還涉及后續的市場分配、話語權等，我們也需要建立自己的標準，即便國產算法無法做到世界領先，也必須要進行自主研發。”中國科學院信息工程研究所研究員路獻輝說。

同時，還要保證標準建立過程的公開透明。“最終算法標準是給企業、民眾用的，只有大家對標準算法有信心，它的建立才有意義。因此，建立標準算法的過程中需要接受各個企業、研究者的試用和建議，保證公開透明。”丁津泰說。

丁津泰表示，后量子密碼標準建立后，必將會帶來網絡空間安全大遷徙。根據全球產業界、學術界和標準組織的判斷，這一過程也將持續20年左右。他認為，在此過程中，網絡空間及相關安全產業將迎來巨變。