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量子计算机时代的强大后盾

解密新型抗量子计算公钥密码技术

2019.05.29 研究开发
本文看点
  • 目前耗时数十年的计算工作,量子计算机可在几小时内轻松完成
  • 随着量子计算机的逐渐普及,传统密码被轻易破解的风险也接踵而至
  • 量子计算机时代来临,广泛使用的抗量子计算公钥密码技术是什么?

什么是量子计算机?

它是当今世界最新型的计算机,被誉为“梦想的超高速计算机”。它拥有无可比拟的运算速度,甚至比当今的超级计算机还要快1亿倍。它的出现势必掀起各产业领域的技术革新狂潮,推动人类文明的发展。目前,学术界有观点认为:距离量子计算机实际应用的日子已经不远,而其一旦投入实际使用,目前耗时数十年的计算工作(例如:气象预测和基因组分析等)有望在几小时完成。

但是,量子计算机的强大处理能力也是一把双刃剑。未来,我们在享受其带来的便捷生活的同时,也将面临各种始料未及的风险。最直接的后果就是:保障当前通信安全的传统密码,例如“RSA密码”1,很可能在短时间内被轻易破解。
1RSA密码:当今主流的密码技术之一。其特点是:“采用质因数分解的方法,将大整数分解成质数相乘的形式”,是世界首个既可用于数据加密,又可用于数字签名的加密算法。

如果密码无法保护机密信息,那么网上购物和虚拟货币交易将暴露于风险之中,引发一连串的严重问题。这是普及量子计算机面临的最大难题。为迎接即将到来的量子计算机时代,世界各国的技术研发部门正在积极探索全新的密码技术,以确保量子计算机时代的用户信息安全。

一、量子计算机无法破解的密码体制是什么?

东芝研发中心的秋山浩一郎表示:“关于量子计算机实用化的具体时间,目前尚无法预测。但可以确定的是,量子计算机迟早会投入使用。当然,量子计算机并非全无漏洞,轻易破解传统密码体制的风险就严重推后了其实用化的时间。目前,我们急需解决来自两方面的难题:技术方面和法律方面。作为技术工作者,我们会在技术领域竭尽全力,以求早日研发出可靠的密码体制,确保用户的信息安全。”

早在2000年前后,东芝就与日本北海道教育大学一起,着手基础研讨工作。随后,东京大学与日本产业技术综合研究所也加入进来,成立了联合研究团队,正式开始密码技术的研发工作。

东芝研发中心秋山浩一郎

东芝研发中心秋山浩一郎

公钥密码到底是怎样的技术呢?秋山结合东芝研究团队的抗量子计算公钥密码技术概要,为大家进行了讲解。

秋山介绍道:“公钥密码按字面意思,就是公开加密时所用的‘密钥’。虽然用户使用该公钥进行加密,但使用公钥本身却无法解读密码。信息接收端必须拥有另一套私钥才能解读密码。既然公钥密码使用公开密钥(公钥),就会存在这样一种风险:有人将公钥作为线索破解密码。但是,这种破解密码的运算需要极长的时间,实际应用中几乎无法实现,所以公钥密码技术仍是安全的。此次研发的抗量子计算公钥密码技术采用了‘非线形方程式’算法,其运算难度远超传统算法,能够确保密码安全。

此前,学术界也曾提出过很多“抗量子计算公钥密码”技术。其中,“格密码”技术最具代表性,它采用的是“基于格的最短向量问题”这种超难问题算法方式,即使是当前的量子计算机也难以破解。但是,这需要庞大的公钥密码以增加运算难度,这就让公开密钥的数据量变得庞大,因此难以实际应用。

而东芝此次研发的技术则不存在此类问题。它在非线形方程式的答案中,选择最短算式作为密钥,大大削减了密钥的数据量。此外,东芝研发的技术还可以克服传统格密码所存在的一定概率解密失败的课题。

“有学者认为:新一代密码技术市场将早于人们预期,在2020年启动,到2030年,其市场规模将增长到2.1兆日元。因此,量子计算机难以破解的密码技术将扮演举足轻重的角色,成为社会基础设施的强大后盾。我们目前正在致力于密码技术的研发工作,旨在应对未来几十年量子计算机的实用化需求。”

二、抗量子计算公钥密码技术会给生活带来哪些影响?

目前,各国正在夜以继日地进行着量子计算机的研发工作。考虑到性能和成本等因素,一般用户使用量子计算机的日子还很遥远。但是,不远的将来,政府机关和一般企业将会根据业务需求,在技术可控的范围内,引进量子计算机投入实际使用。

如果上述梦想成真,量子计算机被滥用于破解密码的风险必将突显。那也正是我们此次研发的抗量子计算公钥密码技术大显身手的好时机。

“抗量子计算公钥密码与目前的RSA密码一样,不为一般用户所知,默默无闻地发挥着巨大的作用。量子计算机的实际应用自然能让我们的生活变得更加方便,但如果抗量子计算公钥密码体制的实用化步伐没能及时跟上,在信息安全方面无法维持现有的安全体制,通信领域的便利性也将不复存在。量子计算机时代真正到来之时,不应给人们生活带来困扰,而应保持社会的平稳运行。因此,确立保障现有便利生活的密码技术是当务之急。

总而言之,量子计算机时代离不开新一代密码技术的支持,只有这样,人们才能在享受量子计算机带来的高效生活的同时,不必担心数据安全问题,可以和以前一样,用邮件收发重要文件,用线上支付的方式进行网络购物。换个角度考虑,量子计算机有了强大的密码技术作后盾,安全性得到了保障,也必将以更快的速度得到推广普及。在即将到来的量子计算机时代,有了东芝抗量子计算公钥密码技术的加持,安全高效的未来生活不再是梦想!

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