量子計算機如何破解最常見的加密算法

主流量子計算可能還有幾十年的時間，但其破解加密的能力意味著研究人員現(xiàn)在正在研究如何提高量子時代的安全性。

現(xiàn)代計算機從根本上改變了人們的日常生活，且每天都在變得更加強大。你現(xiàn)在正在用來閱讀這篇文章的智能手機，可能比幾十年前的超級計算機也更強大。

但即使是今天最強大的計算機也有很大的局限性。

那么，這就是量子計算機的用武之地了 —— 這是一個利用量子力學定律來開啟計算能力指數(shù)增長的研究領域。通過量子計算，藥物發(fā)現(xiàn)、疫苗研究、金融建模、天氣預報以及幾乎任何需要巨大計算能力的領域都可能大大加速。

量子計算機也可以用來破解世界上一些最常見的加密算法。

兩種加密系統(tǒng)的故事

加密有兩大類。

第一種是對稱加密（symmetrical encryption）或專有密鑰加密（private key encryption）。可以這樣理解：你鎖門的時候用的鑰匙，同樣也是開鎖用的鑰匙。當使用相同的密鑰加密和解密信息，并且只有少數(shù)人有權訪問時，這稱為對稱加密。同樣，你的房子的鑰匙通常自己是不會分發(fā)給你不信任的人的。

非對稱（Asymmetrical）或公鑰加密（public key cryptography）允許您使用不同的密鑰加密和解密信息，其中一個密鑰是公開分發(fā)的。把公鑰想象成一把鑰匙，有人可以用它鎖上門，但不能開鎖?；蛘呤悄軌虼蜷_門，但不能鎖門。這個系統(tǒng)有點復雜，但實際上你只需要知道一件事情：這種類型的加密技術允許你安全地與你從未見過的人進行業(yè)務往來。

根據(jù)IEEE會員Jonathan Katz的說法，每當傳輸層安全用于加密的網(wǎng)絡連接時，都會部署公鑰加密，包括公鑰加密和數(shù)字簽名。所有主要公司都使用數(shù)字簽名來驗證其代碼更新。

對稱密鑰加密通常比非對稱公鑰加密更難破解。

Katz表示：“30多年來，人們已經(jīng)知道，大規(guī)模通用量子計算機的存在將使現(xiàn)有的公鑰加密（加密和數(shù)字簽名）不安全。雖然這聽起來很糟糕，但請注意，目前尚不清楚這種量子計算機何時可用。”

許多專家認為，在未來二十年內(nèi)，能夠打破現(xiàn)代密碼學的大規(guī)模通用量子計算機將面世。

后量子密碼的競爭

IEEE高級會員Kevin Curran說：“密碼界開始將注意力集中在后量子密碼術（post-quantum cryptography）上，但需要時間來提高效率和建立信心。還需要時間來提高后量子密碼術的可用性。”

這其中的挑戰(zhàn)之一是：無論使用何種系統(tǒng)，都必須在支撐當今互聯(lián)網(wǎng)的復雜生態(tài)系統(tǒng)中工作。

Curran表示：“我們很可能會發(fā)現(xiàn)，我們實際上并不需要后量子密碼術。但風險可能太大，無法承擔。如果我們現(xiàn)在不進行這項研究，那么我們可能會失去這一領域多年的關鍵研究?！?/p>

而另一個問題是：一些數(shù)據(jù)可能非常有價值，值得等待解密。

Katz說：“問題的一部分在于，攻擊者現(xiàn)在可以記錄和存儲加密數(shù)據(jù)，然后使用量子計算機——當量子計算機可用時——破壞加密并恢復底層數(shù)據(jù)。因此，需要保密20年以上的數(shù)據(jù)需要使用針對量子計算機的安全技術進行保護?！?/p>

后量子密碼術的競賽正在進行，并且沒有跡象表明它會在短期內(nèi)放緩。