如何让您的 PC 面向未来：什么是量子保护？

随着的到来 cuántica，我们之前 历史上最大的信息安全挑战之一如果以前使用传统计算无法破译的算法就足够了，那么现在情况已经发生了根本性的变化。 量子保护 它作为一种新的盾牌出现，能够保护我们的数据、交易和通信免受可能使传统系统失效的量子超级计算机的攻击。

在本文中，您将了解什么是量子保护，为什么今天了解它至关重要，以及它将如何影响个人、企业和公共组织的信息安全保护方式。

什么是量子屏蔽？为什么它很重要？

La 量子保护也称为量子安全，涵盖了一系列旨在 在量子计算机存在的世界中维护信息的机密性、完整性和可用性.

必须明确的是，这种危险并非假设：量子计算正在以令人眼花缭乱的速度发展，当它达到商业成熟度时，它将 如此大的计算能力，它将能够 破解主要的加密算法 如今，互联网、公司、国家甚至电子 DNI 都在使用。

这意味着，无论传统加密方法多么强大，都会存在漏洞。这就是为什么 量子保护 它确立了新的基准，利用量子物理原理来提高数据安全性并开发能够抵抗量子超级计算机攻击的算法。

量子保护的关键不仅在于其所使用的算法类型，还在于如何分发和管理加密和解密信息的密钥。最先进的方法结合了量子密码学（基于量子物理学本身）和后量子密码学（旨在抵御非常强大的量子计算机的算法）。

量子计算对数字安全构成哪些威胁？

要理解为什么我们如此谈论量子保护，你必须首先理解 量子计算如何威胁我们所知的安全量子计算机与传统计算机不同，它不处理只能为 0 或 1 的位，而是处理 量子比特 它可以同时处于两种状态（由于量子叠加）。

这一特性使得某些数学运算在几分钟或几小时内即可完成，而这些运算以前在传统计算机中是不可能完成的，或者需要几百年才能完成。一个具体的例子是 Shor 算法这将允许量子计算机几乎瞬间将非常大的数字分解为质因数，从而消除诸如 RSA o ECC （椭圆曲线密码学）。

这项技术进步的后果是巨大的：

• 公钥和私钥的风险：当前的加密系统（例如保护银行和电子邮件的加密系统）可能会受到攻击。
• 失去保密性：如果有人存储今天受保护的数据，等待拥有足够的量子力量来破解它（“现在存储，稍后解密”攻击），那么明天这些数据就可能被暴露。
• 更复杂的网络攻击：网络犯罪分子和国家将拥有攻击关键基础设施的新工具。

量子密码学的原理和基础

量子保护的核心是 量子密码学这种方法并非基于对数学问题的困难假设，而是直接运用量子力学定律。其中有几个基本原理在起作用，它们在理论上提供了牢不可破的安全性：

• 交叠：光子等粒子可以同时处于几种状态（同时处于 0 和 1）。
• 量子纠缠：一旦测量到对方，两个纠缠粒子可以立即改变其状态，无论它们之间的距离如何。
• 海森堡不确定性原理不干扰量子系统就不可能对其进行测量；任何窃听量子密钥的企图都会留下痕迹并能被发现。

这些物理原理允许构建密钥传输方案，任何拦截行为都可立即被检测到。最广泛的应用是 量子密钥分发（QKD），是当前量子密码学的伟大支柱。

量子密钥分发（QKD）如何工作？

La QKD 这是一种革命性的方法，用于在双方（例如 Alice 和 Bob）之间创建和共享密钥，使用 偏振光子只有接收者才能正确读取密钥，因为任何拦截尝试都会改变光子的量子态，从而揭示入侵行为。

第一个被广泛认可的 QKD 协议是 BB84，由 Charles Bennett 和 Gilles Brassard 于 1984 年开发。其工作原理如下：

1. Alice 通过安全的光通道（通常是光纤）向 Bob 发送偏振光子（每个光子可以代表 0 或 1，具体取决于其方向）。
2. 鲍勃用随机过滤器测量光子，然后两者（通过公共通道）比较所使用的方向。
3. 它们只保留与使用相同方向的情况相对应的位（值）；这是共享密钥的核心。

另一项重要创新是 协议E91由 Artur Ekert 发明，基于量子纠缠，进一步加强了对任何类型间谍活动的安全性。

量子保护与经典密码学的优缺点

La 量子密码学 与传统方法相比，它具有一系列独特的优势：

• 无条件安全：基于物理定律，而不是数学假设。
• 拦截检测：由于量子比特的改变，任何间谍企图都不可避免地会被发现。
• 对量子计算的抵制：与传统密码学不同，当前的量子方法无法被量子计算机破解。

它的缺点包括：

• 距离有限：尽管卫星和中继器正在迅速发展，但长距离光缆中的光子仍会衰减。
• 高成本：实施 QKD 系统需要投资专门的设备和仍在发展中的基础设施。
• 实际挑战：理论上的安全性在实际设备和配置中可能存在漏洞。

量子保护的类型和协议

该领域包括各种方法，每种方法侧重于通信和存储的不同方面：

• 量子密钥分发 (QKD)：安全地交换密钥。
• 量子币：不受信任方之间达成共识和认证的实验技术。
• 量子数字签名：验证消息和交易的真实性。
• 附加协议：量子无意识传输、基于位置的系统以及密码学中的其他高级实验。

量子保护的用例和实际应用

的应用 量子保护 它们已在公共和私营部门的多个领域成为现实：

• 政府和国防：保护机密信息和关键系统。
• 金融和银行业务：安全传输机密数据和敏感交易。
• 关键基础设施：电网、卫生和电信等行业不能承受信息泄露。
• 量子通信网络：中国墨子号卫星、欧美网络等项目。
• 选举安全：在瑞士市政选举中进行测试，以确保透明度和可靠性。

这些例子表明 量子密码学已经是一个不断扩展的现实，而不仅仅是未来的承诺。公司和政府正在投资这项技术，以确保关键数字资产的安全。

量子保护的技术挑战和障碍

广泛采用面临以下障碍：

• 范围问题：尽管卫星和中继器正在改善这种情况，但通过光纤的 QKD 系统覆盖范围仍然有限。
• 互通性：将新的量子技术与现有系统相结合需要复杂的变革和国际合作。
• 成本高：对于许多组织来说，专用设备仍然是一项重大投资。
• 硬件发展量子器件需要较高的精度和稳定性，目前还处于发展阶段。
• 不断演变的法规：标准和协议仍在制定中，全球监管尚未完全确定。

向量子保护过渡：如何准备

La 适应量子安全 这一举措已在关键领域和 IBM、谷歌、苹果等领先企业中开始实施。建议遵循以下步骤：

• 评估量子风险：确定哪些数据和系统需要长期保护。
• 清点加密基础设施：分析哪些当前协议需要更新以抵御量子攻击。
• 实现后量子算法：逐步迁移至能够抵御未来攻击的解决方案。
• 量子技术培训：培养技术和战略人才，实现高效过渡。
• 优化混合解决方案：在过渡期间使用经典密码学和量子密码学的组合。

尽早采取行动至关重要，因为当量子计算机构成真正的威胁时，迁移将变得更加复杂和昂贵。

量子保护的主要发展和标准

未来在于建立坚实的标准并促进国际合作，与诸如 NIST取得了重要进展，例如：

• 选择和测试 后量子算法 这可能成为保护关键信息的强制性措施。
• 的发展 QKD商业基础设施 在实验网络和真实环境中。
• 诸如此类的举措 量子安全金融论坛（QSFF）并与银行和金融机构合作，加强保护。
• 电信公司、云服务和关键基础设施网络的承诺。

量子保护和网络安全的未来

量子计算的进步代表着重新定义数字安全的机遇，而非仅仅是挑战。接下来，我们将在实验、标准和部署方面开展国际合作，让密码学与支撑它的物理定律一样安全的新时代更近一步。

La 量子保护 在物理学和数学携手构建更安全环境的时代，它正在成为保护我们的数据、通信和数字资产的关键要素。