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面对量子挑战,加密算法何去何从

2018-12-19 09:46 来源:科技日报

  量子计算机无可比拟的计算能力,给密码学界带来了种种隐忧。在量子计算面前,加密技术可能会败下阵来。因而有业内人士表示,如果有人利用量子计算机作恶,当前的加密措施很可能形同虚设,难以起到有效的防护作用。

  就在不久前,黑莓公司宣布开发出具有“量子抗性”的数字签名,并表示要把这项技术添加到加密工具中。数字签名是一种除原始作者外,任何人都不能更改软件内容的加密方法。

  所谓“量子抗性”数字签名,抗的就是量子计算。这一技术的推出,显示出量子计算已经对现有的加密方式产生了威胁。那么,这种威胁是如何产生的?该“量子抗性”数字签名的技术原理又是什么?

  新旧博弈,量子计算潜力远超传统计算

  数据加密的基本过程是,对原文和加密密钥以某种算法进行处理,从而获得一段不可读的代码,即为密文,此为加密过程。当密文经由网络传输给收信方,收信方可通过解密密钥和加密算法的逆运算,解密算法,使密文转变成原本的明文内容,此为解密过程。无论是加密还是解密过程,其中都涉及大量的计算工作。

  当前,密码体制分为对称式和非对称式两类。若加密密钥和解密密钥相同,其为对称密码体制。该技术的特点是算法公开、加密效率高,但安全性低。若加密密钥和解密密钥不同,则为非对称密码体制。在传输过程中,加密密钥可被公开,而解密密钥则被收信方单独持有。

  “量子计算不同于传统的计算方式,传统计算是基于0和1的二维计算,而量子则可实现N维并行运算,在运算效率方面的潜力大大超过传统计算方式。”渔翁信息技术股份有限公司总裁郭刚在接受科技日报记者采访时说。

  “量子计算速度非常快,一旦量子计算机开始被大规模使用,就能轻易破解一些加密算法,使其丧失防护能力。”郭刚说。

  曾有研究人员计算过,分解一个二进制位数为100的数N,假设量子计算机和经典计算机的运算速度均是1010次/秒,由于量子计算能够进行并行运算,每次量子运算可一并处理2100个数据。因此,最终结果:经典计算机用时为1027秒,量子计算机用时仅为10-10秒。

  直面挑战,以其人之道还治其人之身

  在郭刚看来,量子计算技术未来一定会趋于成熟,科研人员也正在针对量子计算的威胁,设计与之抗衡的加密算法,从多维度保护数据安全,“以其人之道,还治其人之身”。

  密码研究者发现,目前量子算法并不能对所有加密算法都形成冲击。比如涉及到格基向量、非线性方程组等计算方式的加密算法, 在面对量子计算挑战时就能做到“稳如泰山”。在运算求解这些问题时,与传统计算方式相比,量子计算并无明显优势。

  此番黑莓公司提出的“量子抗性”数字签名就是一个典型的例子。“该技术可能采用了对量子计算‘免疫’的算法,因而量子计算对其不起作用,故可以做到除原始作者外任何人都无法篡改软件内容。”郭刚表示。

  可以预见,量子计算将会对人工智能、材料设计、药物合成等领域产生巨大影响,也会给传统密码学带来冲击。不过,随着抗量子密码体制的逐渐崛起,一股与之抗衡的力量也在潜滋暗长,为维护网络安全贡献力量。

(责任编辑:王蔚)

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