量子計算機(jī)將威脅互聯(lián)網(wǎng)安全基礎(chǔ)的不對稱加密算法

雷鋒網(wǎng)按，本月，谷歌宣布他們實現(xiàn)了量子霸權(quán)（量子計算機(jī)的性能超越所有傳統(tǒng)計算機(jī)），在其自研的量子計算機(jī)上用時3分20秒完成的任務(wù)需要最強超算運算1萬年，但隨后谷歌提交給NASA的論文后被刪除。一時間，關(guān)于量子計算的討論又熱烈了許多。

其實，量子計算領(lǐng)域還有許多技術(shù)挑戰(zhàn)，比如量子比特的獲得以及量子糾錯。上周的2019云棲大會上，阿里達(dá)摩院就有一個宣布，就是其量子實驗室宣布完成了第一個可控的量子比特研發(fā)工作。

那么，性能強大的量子計算什么時候能夠破解密碼？

結(jié)論是：量子計算對諸如RSA和ECC這樣的不對稱密碼算法構(gòu)成了生存威脅，這些算法實際上是當(dāng)前所有互聯(lián)網(wǎng)安全的基礎(chǔ)。這個結(jié)論來自美國國家科學(xué)院量子計算可行性和含義的技術(shù)評估委員會。那么，我們還需多少時間才能生活在后量子世界？

簡短的答案是，沒人知道。這不是因為缺乏嘗試。美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ANSI）成立了一個專門的工作組，目的是設(shè)法給出一個答案。業(yè)界的相對認(rèn)可的猜測是大約十年，也有可能更多或更少。如果你試圖找出替換從電子郵件到世界銀行系統(tǒng)所使用的加密方案，這可能不是你想聽到的。

為什么我們無法給出更具體的時間表？因為影響量子計算機(jī)發(fā)展的因素非常復(fù)雜且難以衡量。

數(shù)字不能說明全部

我們知道，使用Shor算法的量子計算機(jī)將需要數(shù)千個量子位（量子比特，表示1或0的基本量子計算單元）才能破解RSA或ECC。但這并不一定意味著第一批實現(xiàn)該數(shù)字的量子計算機(jī)就能夠破解加密算法。需要明確，并非所有的量子位都相同。它們不可避免地與環(huán)境互動，并改變狀態(tài)（發(fā)生錯誤），并且某些量子位的執(zhí)行速度比其他技術(shù)更快。

能夠支持?jǐn)?shù)千個量子位的第一代量子計算機(jī)不太可能穩(wěn)定到足以與解密相關(guān)。那么，量子比特質(zhì)量最快會在多長時間內(nèi)得到改善？很難說。盡管研究人員很快就能發(fā)布每個新系統(tǒng)所能支持的量子位數(shù)量，但他們很少公布錯誤率，因此很難跟蹤該領(lǐng)域的進(jìn)展。

糾錯的重要性

同樣，研究人員正在研究糾錯策略，以幫助解決量子比特的不穩(wěn)定性。這里指的是，多個物理量子位將被組合為單個“邏輯”量子位，這與傳統(tǒng)的糾錯非常相似。但是，量子糾錯碼對量子位的消耗要大得多。這也是研究人員仍然沒有獲得一個邏輯量子位的原因。即使假設(shè)我們確實清除了障礙（并且正在取得重大進(jìn)展），糾錯所需的量子位數(shù)量仍將取決于基礎(chǔ)量子位的質(zhì)量。

仍然存在的技術(shù)挑戰(zhàn)

量子計算中的另一個懸而未決的問題是，我們?nèi)匀徊恢罉?gòu)造量子位的最佳方法。研究人員正在探索多種方法，但可能還沒有建立具有密碼學(xué)上相關(guān)數(shù)量的穩(wěn)定量子位的系統(tǒng)技術(shù)。最終采用哪種技術(shù)將對量子計算機(jī)的擴(kuò)展速度產(chǎn)生重大影響。

如果該技術(shù)遵循與常規(guī)計算相同的通用路徑，那么從最初的穩(wěn)定量子位到全面的密碼相關(guān)系統(tǒng)的時間可能會很短。但是，穩(wěn)定的量子位所需要的擴(kuò)展性技術(shù)可能缺乏，或者可能與我們所見過的其它任何事物都不一樣。目前，我們無法估算未來的量子比特的質(zhì)量，也無法預(yù)測改進(jìn)的速度。畢竟，具有非平凡數(shù)量的量子位的量子計算機(jī)是最近的發(fā)展，因此只有很少的數(shù)據(jù)點可以從中推算出來。

摩爾定律不適用

誘人的是，想像一下摩爾定律類似的量子位，它可以幫助我們預(yù)測何時出現(xiàn)與密碼學(xué)相關(guān)的量子計算機(jī)。不幸的是，我們不太可能找到任何一個。如前所述，加密相關(guān)性的進(jìn)步取決于量子位的數(shù)量和質(zhì)量，因此一維圖無濟(jì)于事。更重要的是，正如美國國家科學(xué)院指出的那樣，摩爾定律帶來的的經(jīng)濟(jì)效果與技術(shù)效果一樣多。

常規(guī)的計算機(jī)芯片遵循一個良性循環(huán)，更高性能的芯片會帶來新的應(yīng)用，也會帶來更多收入，從而會帶來對更快芯片的更多投資。量子計算機(jī)也一樣嗎？也許可以，但是我們不能這樣假設(shè)。量子計算機(jī)是否將對特定幾種類型的算法之外的任何事物都有用，仍然是該領(lǐng)域的一個未解決的問題。

是時候開始了

與密碼學(xué)相關(guān)的量子計算機(jī)是從現(xiàn)在起五年，十年或十五年后出現(xiàn)，這一點幾乎是無關(guān)緊要的。最重要的是，我們現(xiàn)在需要開始準(zhǔn)備。從過去的加密技術(shù)演變（例如從RSA 1024轉(zhuǎn)換為RSA 2048，或從SHA-1轉(zhuǎn)換為SHA-256）來看，這些轉(zhuǎn)換可能需要數(shù)年甚至數(shù)十年。

如果你要開發(fā)任何依賴于密碼學(xué)的系統(tǒng)，則應(yīng)該立即采取具體行動，為后量子時代做準(zhǔn)備。雙鍵大小，擁抱基于哈希的簽名。構(gòu)建采用多種加密算法的系統(tǒng)，并確保你的基礎(chǔ)架構(gòu)使用自動化，靈活的PKI解決方案。

雷鋒網(wǎng)編譯，via helpnetsecurity 作者Tim Hollebeek 雷鋒網(wǎng)

相關(guān)文章：

量子計算新里程碑：IBM 推出全球首臺 53 位量子計算機(jī)

量子計算機(jī)的性能何時能超越傳統(tǒng)計算機(jī)？

雷峰網(wǎng)原創(chuàng)文章，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。詳情見轉(zhuǎn)載須知。