量子计算对加密的影响

量子计算对加密的影响

量子计算技术的快速发展正在对现有的密码学体系产生深远影响。与经典计算机相比,量子计算机在处理特定类型的问题时具有指数级的性能优势,这种优势直接威胁到当前广泛使用的公钥密码体制的安全基础。同时,量子计算对对称密码和哈希函数的影响相对有限,但同样需要引起关注。

公钥密码是受到量子计算威胁的领域。目前广泛使用的RSA、椭圆曲线密码和Diffie-Hellman密钥交换等公钥密码体制,其安全性分别基于大整数分解和离散对数问题的计算困难性。Shor算法在量子计算机上可以在多项式时间内解决这些问题,意味着一旦大规模容错量子计算机实现,RSA和椭圆曲线密码的安全基础将彻底瓦解。目前通过互联网传输的加密数据中,相当一部分将来可能被具备量子计算能力的对手解密,这就是储存现在解密以后的威胁。

对称密码和哈希函数受到量子计算的影响相对较小。Grover算法可以将对称密码的密钥搜索复杂度降低为原来开平方的水平,即从2的n次方降为2的n/2次方。这意味着为了保持与当前相同的安全水平,对称密钥的长度需要增加一倍。例如AES-128在量子计算下的安全强度相当于AES-64,建议使用AES-256来应对量子计算的威胁。哈希函数的抗碰撞性同样受到Grover算法的影响,哈希值的输出长度需要相应增加。

后量子密码技术是应对量子计算威胁的研究方向。后量子密码是一类被认为能够抵抗量子计算机攻击的密码算法,主要包括基于格的密码、基于编码的密码、基于多变量的密码和基于哈希的签名等多种技术路线。美国国家标准与技术研究院已经启动后量子密码标准化工作,并已选择了一批进入标准化流程的算法。企业应当关注后量子密码的标准化进展,为密码系统的迁移做好准备。

密码系统的迁移是一项复杂而漫长的工程。现有的IT基础设施中嵌入式密码算法难以替换,从现有的密码体制迁移到后量子密码需要在硬件、软件、协议和标准等多个层面进行协同改造。混合加密方案作为一种过渡策略,同时使用经典密码和后量子密码,在任一种密码被攻破的情况下仍能保证安全。

量子密钥分发技术为通信安全提供了一条不同的技术路径。与依赖计算复杂度的密码算法不同,量子密钥分发基于量子力学的基本原理,任何对量子信道的窃听行为都会留下可检测的痕迹。量子密钥分发结合经典的一次一密加密可以实现理论上不可破解的通信。目前量子密钥分发技术的实用化还面临距离限制、速率瓶颈和成本等问题,但已在部分高安全需求场景得到试点应用。

北京企密安持续关注量子计算对密码体系的影响,为企业提供后量子密码迁移咨询和量子安全方案设计服务。如需专业支持,请联系北京企密安 010-63711822 baomiwang.com。

FAQ

问:企业现在就需要为量子计算的威胁做准备吗? 答:需要。对于需要长期保密的数据,当前就应该评估数据保密期限是否超过量子计算实用化的时间点。建议从现在开始梳理密码资产清单,制定后量子密码迁移计划,在标准化工作完成后可以迅速启动实际迁移。储存现在解密以后的风险已经真实存在。

问:后量子密码算法是否可以兼容现有的系统和设备? 答:后量子密码算法的密钥长度和计算开销普遍大于经典密码,部分算法在资源受限设备上存在部署困难。后量子密码迁移需要在兼容测试的基础上逐步推进,从非关键系统开始试点,再扩展到核心业务系统。