面對量子挑戰(zhàn)，加密算法何處去

于紫月

量子計算機(jī)無可比擬的計算能力，給密碼學(xué)界帶來了種種隱憂。在量子計算面前，加密技術(shù)可能會敗下陣來。因而有業(yè)內(nèi)人士表示，如果有人利用量子計算機(jī)作惡，當(dāng)前的加密措施很可能形同虛設(shè)，難以起到有效的防護(hù)作用。

就在不久前，黑莓公司宣布開發(fā)出具有“量子抗性”的數(shù)字簽名，并表示要把這項技術(shù)添加到加密工具中。數(shù)字簽名是一種除原始作者外，任何人都不能更改軟件內(nèi)容的加密方法。所謂“量子抗性”數(shù)字簽名，抗的就是量子計算。這一技術(shù)的推出，顯示出量子計算已經(jīng)對現(xiàn)有的加密方式產(chǎn)生了威脅。那么，這種威脅是如何產(chǎn)生的？該“量子抗性”數(shù)字簽名的技術(shù)原理又是什么？

量子計算潛力遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計算

數(shù)據(jù)加密的基本過程是，對原文和加密密鑰以某種算法進(jìn)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(dāng)密文經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸給收信方，收信方可通過解密密鑰和加密算法的逆運(yùn)算，解密算法，使密文轉(zhuǎn)變成原本的明文內(nèi)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(dāng)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(shù)的特點(diǎn)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(dú)持有。“量子計算不同于傳統(tǒng)的計算方式，傳統(tǒng)計算是基于0和l的二維計算，而量子則可實現(xiàn)N維并行運(yùn)算，在運(yùn)算效率方面的潛力大大超過傳統(tǒng)計算方式。”漁翁信息技術(shù)股份有限公司董事長兼總經(jīng)理郭剛說。

“量子計算速度非常快，一旦量子計算機(jī)開始被大規(guī)模使用，就能輕易破解一些加密算法，使其喪失防護(hù)能力。”郭剛說。曾有研究人員計算過，分解一個二進(jìn)制位數(shù)為100的數(shù)N，假設(shè)量子計算機(jī)和經(jīng)典計算機(jī)的運(yùn)算速度均是1010次，秒，由于量子計算能夠進(jìn)行并行運(yùn)算，每次量子運(yùn)算可一并處理2100個數(shù)據(jù)。因此，最終結(jié)果：經(jīng)典計算機(jī)用時為1027秒，量子計算機(jī)用時僅為10秒。

以其人之道還治其人之身

在郭剛看來，量子計算技術(shù)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(shè)計與之抗衡的加密算法，從多維度保護(hù)數(shù)據(jù)安全，“以其人之道，還治其人之身”。密碼研究者發(fā)現(xiàn)，目前量子算法并不能對所有加密算法都形成沖擊。比如涉及格基向量、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(zhàn)時就能做到“穩(wěn)如泰山”。在運(yùn)算求解這些問題時，與傳統(tǒng)計算方式相比，量子計算并無明顯優(yōu)勢。

此番黑莓公司提出的“量子抗性”數(shù)字簽名就是一個典型的例子。“該技術(shù)可能采用了對量子計算‘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(nèi)容。”郭剛表示。可以預(yù)見，量子計算將會對人工智能、材料設(shè)計、藥物合成等領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響，也會給傳統(tǒng)密碼學(xué)帶來沖擊。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(hù)網(wǎng)絡(luò)安全貢獻(xiàn)力量。