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面對量子挑戰,加密算法何去何從
2018-12-19 07:50:16 來源: 科技日報
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  量子計算機無可比擬的計算能力,給密碼學界帶來了種種隱憂。在量子計算面前,加密技術可能會敗下陣來。因而有業內人士表示,如果有人利用量子計算機作惡,當前的加密措施很可能形同虛設,難以起到有效的防護作用。

  就在不久前,黑莓公司宣布開發出具有“量子抗性”的數字簽名,並表示要把這項技術添加到加密工具中。數字簽名是一種除原始作者外,任何人都不能更改軟件內容的加密方法。

  所謂“量子抗性”數字簽名,抗的就是量子計算。這一技術的推出,顯示出量子計算已經對現有的加密方式産生了威脅。那麼,這種威脅是如何産生的?該“量子抗性”數字簽名的技術原理又是什麼?

  新舊博弈,量子計算潛力遠超傳統計算

  數據加密的基本過程是,對原文和加密密鑰以某種算法進行處理,從而獲得一段不可讀的代碼,即為密文,此為加密過程。當密文經由網絡傳輸給收信方,收信方可通過解密密鑰和加密算法的逆運算,解密算法,使密文轉變成原本的明文內容,此為解密過程。無論是加密還是解密過程,其中都涉及大量的計算工作。

  當前,密碼體制分為對稱式和非對稱式兩類。若加密密鑰和解密密鑰相同,其為對稱密碼體制。該技術的特點是算法公開、加密效率高,但安全性低。若加密密鑰和解密密鑰不同,則為非對稱密碼體制。在傳輸過程中,加密密鑰可被公開,而解密密鑰則被收信方單獨持有。

  “量子計算不同于傳統的計算方式,傳統計算是基于0和1的二維計算,而量子則可實現N維並行運算,在運算效率方面的潛力大大超過傳統計算方式。”漁翁信息技術股份有限公司總裁郭剛在接受科技日報記者採訪時説。

  “量子計算速度非常快,一旦量子計算機開始被大規模使用,就能輕易破解一些加密算法,使其喪失防護能力。”郭剛説。

  曾有研究人員計算過,分解一個二進制位數為100的數N,假設量子計算機和經典計算機的運算速度均是1010次/秒,由于量子計算能夠進行並行運算,每次量子運算可一並處理2100個數據。因此,最終結果:經典計算機用時為1027秒,量子計算機用時僅為10-10秒。

  直面挑戰,以其人之道還治其人之身

  在郭剛看來,量子計算技術未來一定會趨于成熟,科研人員也正在針對量子計算的威脅,設計與之抗衡的加密算法,從多維度保護數據安全,“以其人之道,還治其人之身”。

  密碼研究者發現,目前量子算法並不能對所有加密算法都形成衝擊。比如涉及到格基向量、非線性方程組等計算方式的加密算法, 在面對量子計算挑戰時就能做到“穩如泰山”。在運算求解這些問題時,與傳統計算方式相比,量子計算並無明顯優勢。

  此番黑莓公司提出的“量子抗性”數字簽名就是一個典型的例子。“該技術可能採用了對量子計算‘免疫’的算法,因而量子計算對其不起作用,故可以做到除原始作者外任何人都無法篡改軟件內容。”郭剛表示。

  可以預見,量子計算將會對人工智能、材料設計、藥物合成等領域産生巨大影響,也會給傳統密碼學帶來衝擊。不過,隨著抗量子密碼體制的逐漸崛起,一股與之抗衡的力量也在潛滋暗長,為維護網絡安全貢獻力量。(實習記者 于紫月)

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【糾錯】 責任編輯: 劉瓊
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