在我們使用互聯網服務時，加密算法可以保護數據安全，保護我們的隱私和信息的傳輸。

但許多專家擔心，量子計算機有一天可能會破壞目前的加密算法，讓我們容易受到黑客的攻擊。而且這些量子計算機可能比許多人想象的更早出現。

(資料圖)

這就是為什么人們正在設計新型算法又叫抗量子算法（后量子密碼），以對抗我們所能想象到的、最強大的量子計算機。

那么，這些算法能做什么？加密算法將可讀的數據變成一種秘密的、不可讀的形式，這樣它們就可以在開放的互聯網上安全地共享。這些算法被用來保護所有類型的數字通信，比如網站的流量和電子郵件的內容，并且它們對于網絡上的基本隱私、信任和安全是必要的。目前有幾種被廣泛使用的標準密碼算法，包括對稱密鑰算法和公鑰算法。

對稱密鑰加密屬于人們常規認知里的加密方式。它允許使用同一個“密鑰”對數據和消息進行加密，這樣任何沒有密鑰的人就無法解開它們。它通常用于保護存儲在數據庫或硬盤中的敏感數據。如果底層數據是加密的，即使是儲存用戶敏感信息的數據庫出現數據泄露，事情也不會變得很糟糕——黑客可能會得到加密的數據，但沒有辦法讀取它。

公鑰算法也很重要。它們有助于解決對稱密鑰加密的基本缺點，那就是用戶首先需要一種安全的方式來共享對稱密鑰。公鑰算法以兩個密鑰為一組，一個由接收方保存起來，另一個被公開。

任何人都可以使用公鑰來加密數據，但只有接收方才能使用私鑰來解密。這種方法可以用于傳輸對稱密鑰，甚至可以反向用于數字簽名——因為私鑰對接收方來說是唯一的，接收方可以使用它們來驗證身份。

為什么這些算法需要具有“量子抗性”？原因在于，加密算法能夠實現數據的加密，因為它們在數學上被證明是難以破解的。一臺現代計算機需要數萬億年的時間才能暴力破解一組加密密鑰。

但在20世紀90年代，量子計算機被認真討論之前，數學家彼得·肖爾（Peter Shor）就發現，如果理論上存在一臺量子計算機，那么其工作方式碰巧與破解公鑰加密所用的數學特別相近。

雖然當時還沒有量子計算機，但其他數學家能夠證明，肖爾的算法在理論上可以被量子計算機用來破解公鑰加密。

現在人們普遍認為，一旦一臺具有足夠處理能力的量子計算機問世，我們今天所依賴的公鑰加密算法就很容易破解。

美國國家標準與技術研究所（NIST，National Institute of Standards and Technology）預測，能夠做到這一點的量子計算機可能會在10到20年內出現。

幸運的是，對稱密鑰的加密方法沒有危險，因為它們的工作方式非常不同，而且可以通過改變密鑰的長度來增強保護——除非數學家也能想出一種方法，可以用量子計算機來執行并打破該加密方法。但如果未來公鑰加密算法也無法免受量子計算機的攻擊，那就意味著我們需要新的算法。

如果量子計算機打破目前的加密技術，會有什么影響？這是一件很糟糕的事。如果公鑰加密突然被破壞且沒有替代方案，數字安全將面臨嚴重威脅。

例如，網站使用公鑰加密來維持安全的互聯網連接，因此通過網站發送敏感信息將不再是安全的。加密貨幣還依賴于公鑰加密來保護其背后的區塊鏈技術，因此其賬本上的數據將不再值得信賴。

還有人擔心，黑客可能會囤積高度敏感的政府或情報數據——這些他們目前無法破譯，但以后可以用量子計算機進行解密。

那么，對抗量子算法的研究進展如何？在美國，NIST 一直在尋找能夠抵御量子計算機攻擊的新算法。該機構從2016年開始接受公開方案提交，到目前為止，這些方案已經縮小到四套種子方案和三套備用方案。這些新算法使用的技術可以抵抗來自使用肖爾算法的量子計算機的攻擊。

項目負責人達斯汀·穆迪（Dustin Moody）表示，NIST計劃在2024年完成四套種子方案的標準化，其中包括指導方針的制定，以確保新算法被正確和安全地使用。其余三種備用算法標準化的工作預計將于2028年展開。

新標準的審核工作主要落在來自大學和研究機構的數學家和密碼學家身上。他們提交了后量子密碼方案的建議，并尋找攻擊它們的方法。他們通過發表論文來分享自己的發現，并在大家提出的不同攻擊方法上繼續深入研究。

通過這種方式，他們慢慢地淘汰了那些被成功攻擊或在算法中存在明顯弱點的方案。我們目前所用的加密標準，也經歷了一個類似的篩選過程。

然而，這并不能保證一種新型的、更聰明的量子攻擊，甚至是傳統攻擊，總有一天會打破這些新算法。

密碼學家托馬斯·德克魯（Thomas Decru）說：“你不可能證明它（算法）是不可能被打破的——數學算法不存在很難被證明。但是如果某個算法經受住了密碼學世界的時間考驗，對它的信任就會增加。”

關鍵詞：