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量子计算机:技术突破还是信息安全的末日?
2019/10/9 1:14:21  来源:  


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【编者按:量子计算机在带来计算速度大幅提升的同时,也正在成为计算机安全的双刃剑。】

一名美国物理学家认为,随着量子计算机的发展,现在的计算机将来可能会被量子计算机取代,而现行的信用卡加密技术也面临着失效的危险。

长期以来,量子计算机被誉为下一代计算机,有了它,技术的进步将摆脱摩尔定律的约束。科学家设想了量子计算机的广泛应用前景,从更精确的计时,到寻找治愈现代疾病的良方,甚至可用于绘制人类的大脑功能图。

然而,量子计算机是一把双刃剑,计算能力的提升也可能被用于不良目的。如今的安全措施可能需要现在的计算机花费数千年才能破解,但是量子计算机破解它们只需要几个小时,所有的安全措施都将成为一纸空文。

现在的电子银行、安全通信和信用卡交易所采用的加密系统都依赖于一个密钥,只有交易的双方才知道这个密钥。

这个密钥被用于加密和解密信息,如果黑客企图破解这个密钥,他必须得到一个大数的质因子,即进行因数分解。

对于传统计算机而言,由于在设计上每一时刻只能执行一项任务,因而因数分解是一项困难而耗时的工作。但是对于量子计算机却并非如此,根据量子物理学原理,粒子可以同时处于两个状态,因此量子计算机能够并行的执行多个任务。

根据以量子计算机为核心的Shor算法,量子计算机能够解决因数分解问题和其他一些数学问题,这些问题构成了现代密码技术的基石。

中佛罗里达大学物理学助理教授Enrique del Barco说,“众所周知,量子算法在处理某些问题上比传统算法要快的多。”

“用最强大的传统计算机来分解一个大数需要数千年时间,这也就是现代的密码能够有效的原因。现代密码能够保护我们电子交易的安全,这些加密技术都是建立在大数分解基础上的。”

“然而,大数分解是量子计算机能够在几个小时之内解决的问题之一。这颠覆了现代密码技术的基础。”

令安全专家感到庆幸的是,量子计算机还需要许多年才能变为现实。当政府和公司无休止的提出量子计算机可能的应用时,关于量子计算的理论分歧还停留在实际的量子计算机究竟应该基于超导体、晶体管还是电子自旋。

即使如此,安全专家仍然对这项技术抱着警惕的态度。

VeriSign澳洲分公司方案架构师Robin Balean说,“我们每天都在使用加密技术,大多数人并不需要了解其中的细节。如果有一天所有的电子商务突然变得不安全了,后果确实是可怕的。”

他补充说,“尽管要到许多年后才会暴露出这样的问题。”

为了弥补Shor算法带来的安全漏洞,一种办法是使用现在不太常用的密钥算法,这些算法还没有相应的量子算法。Balean列举了Diffie-Lamport-Merkle签名系统、NTRU加密系统、McEliece加密系统和HFE签名系统为例。

但是这些加密系统都是在现代数学的基础上建立起来的,Balean预测未来的加密技术将会诞生在物理学家手中。

他说,“量子密码的实用将会远远早于量子计算机的实用,这是一个相当合理的假设。”他指出,现在已经出现了利用量子密钥交换进行加密的商用系统。

Balean说,“尽管量子计算机的到来将会把今天使用的许多加密算法送进坟墓,但是其他的一些算法和计算会取代这些算法的地位。”

“我相信我们能够放心的期待量子计算机时代的到来,而不需要害怕它们破坏我们现在的安全技术。”

中佛罗里达大学del Barco同意他的看法,认为量子计算会为它引起的任何安全问题提供解决方案。

Del Barco说,在量子计算时代,电子交易的安全性将会远远超过现在。

他解释说,“当一个量子比特的信息从一处被送往另一处时——正如我们用信用卡在线交易时的情形一样,如果有人想窃听量子比特的状态,量子比特会立即改变状态,发送方就会得知有人在窃听,系统将会自动取消这次操作,保证消费者的资金安全。”

“换句话说,信息的量子化传输是一个反窃听的操作,这将使我们的电子交易安全性大大超过现在的水平。”

Del Barco总结说,“量子计算机的出现不会对我们的交易安全造成严重的后果,恰恰相反,量子信息学和量子计算技术将会使秘密信息的传输无懈可击。”

(责任编辑:李磊)

 


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