面對量子挑戰，加密算法何處去

于紫月

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，并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產生了威脅。那么，這種威脅是如何產生的？該“量子抗性”數字簽名的技術原理又是什么？

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l的二維計算，而量子則可實現N維并行運算，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董事長兼總經理郭剛說。

“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。”郭剛說。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并行運算，每次量子運算可一并處理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秒。

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，量子計算并無明顯優勢。

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、藥物合成等領域產生巨大影響，也會給傳統密碼學帶來沖擊。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，為維護網絡安全貢獻力量。