如何讓您的 PC 面向未來：什麼是量子保護？

隨著…的到來 量子計算我們面臨著 史上最大的資安挑戰之一如果以前使用傳統計算無法破解的演算法就足夠了，那麼現在情況已經發生了根本性的變化。 量子保護 它作為一種新的盾牌出現，能夠保護我們的資料、交易和通訊免受可能使傳統系統失效的量子超級電腦的攻擊。

在本文中，您將了解什麼是量子保護，為什麼今天了解它至關重要，以及它將如何影響個人、企業和公共組織的資訊安全保護方式。

什麼是量子屏蔽？為什麼它很重要？

La 量子保護也稱為量子安全，涵蓋了一系列旨在 在量子電腦存在的世界中維護資訊的機密性、完整性和可用性.

必須明確的是，這種危險並非假設：量子運算正在以令人眼花撩亂的速度發展，當它達到商業成熟度時，它將 如此大的運算能力，它將能夠 破解主要的加密演算法 如今，網路、公司、國家甚至電子 DNI 都在使用。

這意味著，無論傳統加密方法多麼強大，都會存在漏洞。這就是為什麼 量子保護 它確立了新的基準，利用量子物理原理來提高資料安全性並開發能夠抵抗量子超級電腦攻擊的演算法。

量子保護的關鍵不僅在於其所使用的演算法類型，還在於如何分發和管理加密和解密資訊的金鑰。最先進的方法結合了量子密碼學（基於量子物理學本身）和後量子密碼學（旨在抵禦非常強大的量子電腦的演算法）。

量子運算對數位安全構成哪些威脅？

要理解為什麼我們如此談論量子保護，你必須先理解 量子運算如何威脅我們所知的安全量子電腦與傳統電腦不同，它不處理只能為 0 或 1 的位，而是處理 量子位元 它可以同時處於兩種狀態（由於量子疊加）。

這項特性使得某些數學運算在幾分鐘或幾小時內即可完成，而這些運算以前在傳統計算機中是不可能完成的，或者需要幾百年才能完成。一個具體的例子是 肖爾演算法這將允許量子電腦幾乎瞬間將非常大的數字分解為質因數，從而消除諸如 南非 o ECC （橢圓曲線密碼學）。

這項技術進步的後果是巨大的：

• 公鑰和私鑰的風險：目前的加密系統（例如保護銀行和電子郵件的加密系統）可能會受到攻擊。
• 失去保密性：如果有人儲存今天受保護的數據，等待擁有足夠的量子力量來破解它（「現在存儲，稍後解密」攻擊），那麼明天這些數據就可能被暴露。
• 更複雜的網路攻擊：網路犯罪分子和國家將擁有攻擊關鍵基礎設施的新工具。

量子密碼學的原理與基礎

量子保護的核心是 量子密碼學這種方法並非基於數學問題的困難假設，而是直接運用量子力學定律。其中有幾個基本原理在起作用，它們在理論上提供了牢不可破的安全性：

• 重疊：光子等粒子可以同時處於幾種狀態（同時處於 0 和 1）。
• 量子糾纏：一旦測量到對方，兩個糾纏粒子可以立即改變其狀態，無論它們之間的距離如何。
• 海森堡不確定性原理不干擾量子系統就不可能對其進行測量；任何竊聽量子密鑰的企圖都會留下痕跡並能被發現。

這些物理原理允許建構密鑰傳輸方案，任何攔截行為都可立即被偵測到。最廣泛的應用是 量子金鑰分發（QKD），是當前量子密碼學的偉大支柱。

量子金鑰分發（QKD）如何運作？

La 量子金鑰分發 這是一種革命性的方法，用於在雙方（例如 Alice 和 Bob）之間建立和共享金鑰，使用 偏振光子只有接收者才能正確讀取金鑰，因為任何攔截嘗試都會改變光子的量子態，從而揭示入侵行為。

第一個被廣泛認可的 QKD 協議是 BB84，由 Charles Bennett 和 Gilles Brassard 於 1984 年開發。其工作原理如下：

1. Alice 透過安全的光通道（通常是光纖）向 Bob 發送偏振光子（每個光子可以代表 0 或 1，取決於其方向）。
2. 鮑伯用隨機過濾器測量光子，然後兩者（透過公共通道）比較所使用的方向。
3. 它們只保留與使用相同方向的情況相對應的位元（值）；這是共用金鑰的核心。

另一項重要創新是 協議E91由 Artur Ekert 發明，基於量子糾纏，進一步加強了對任何類型間諜活動的安全性。

量子保護與經典密碼的優缺點

La 量子密碼學 與傳統方法相比，它具有一系列獨特的優勢：

• 無條件安全：基於物理定律，而不是數學假設。
• 攔截偵測：由於量子位元的改變，任何間諜企圖都不可避免地會被發現。
• 對量子運算的抵制：與傳統密碼學不同，目前的量子方法無法被量子電腦破解。

它的缺點包括：

• 距離有限：儘管衛星和中繼器正在迅速發展，但長距離光纜中的光子仍會衰減。
• 高昂的成本：實施 QKD 系統需要投資專門的設備和仍在發展中的基礎設施。
• 實際挑戰：理論上的安全性在實際設備和配置中可能存在漏洞。

量子保護的類型和協議

該領域包括各種方法，每種方法側重於通訊和儲存的不同方面：

• 量子金鑰分發（QKD）：安全地交換密鑰。
• 量子幣：不受信任方之間達成共識和認證的實驗技術。
• 量子數位簽名：驗證訊息和交易的真實性。
• 附加協議：量子無意識傳輸、基於位置的系統以及密碼學中的其他高級實驗。

量子保護的用例和實際應用

的應用 量子保護 它們已在公共和私營部門的多個領域成為現實：

• 政府和國防：保護機密資訊和關鍵系統。
• 金融和銀行業：安全傳輸機密資料和敏感交易。
• 關鍵基礎設施：電網、衛生和電信等產業不能承受資訊外洩。
• 量子通訊網絡：中國墨子號衛星、歐美網路等項目。
• 選舉安全：在瑞士市政選舉中進行測試，以確保透明度和可靠性。

這些例子表明 量子密碼學已經是一個不斷擴展的現實，而不僅僅是未來的承諾。公司和政府正在投資這項技術，以確保關鍵數位資產的安全。

量子保護的技術挑戰與障礙

廣泛採用面臨以下障礙：

• 範圍問題：儘管衛星和中繼器正在改善這種情況，但透過光纖的 QKD 系統覆蓋範圍仍然有限。
• 互通性：將新的量子技術與現有系統結合需要複雜的變革和國際合作。
• 高昂的成本：對許多組織來說，專用設備仍然是一項重大投資。
• 硬體發展量子裝置需要較高的精確度和穩定性，目前仍處於發展階段。
• 不斷演變的法規：標準和協議仍在製定中，全球監管尚未完全確定。

向量子保護過渡：如何準備

La 適應量子安全 這項措施已在關鍵領域和 IBM、Google、蘋果等領導企業中開始實施。建議遵循以下步驟：

• 評估量子風險：確定哪些數據和系統需要長期保護。
• 清點加密基礎設施：分析哪些當前協定需要更新以抵抗量子攻擊。
• 實現後量子演算法：逐步遷移至能夠抵禦未來攻擊的解決方案。
• 量子技術培訓：培養技術和策略人才，實現高效率過渡。
• 最佳化混合解決方案：在過渡期間使用經典密碼學和量子密碼學的組合。

儘早採取行動至關重要，因為當量子電腦構成真正的威脅時，遷移將變得更加複雜和昂貴。

量子保護的主要發展和標準

未來在於建立堅實的標準並促進國際合作，與諸如 美國國家標準與技術研究院取得了重要進展，例如：

• 選擇和測試 後量子演算法 這可能成為保護關鍵資訊的強制性措施。
• 發展 QKD商業基礎設施 在實驗網絡和真實環境中。
• 例如以下舉措 量子安全金融論壇（QSFF）並與銀行和金融機構合作，加強保護。
• 電信公司、雲端服務和關鍵基礎設施網路的承諾。

量子保護和網路安全的未來

量子計算的進步代表著重新定義數位安全的機遇，而非只是挑戰。接下來，我們將在實驗、標準和部署方面進行國際合作，讓密碼學與支撐它的物理定律一樣安全的新時代更近一步。

La 量子保護 在物理學和數學攜手建立更安全環境的時代，它正在成為保護我們的數據、通訊和數位資產的關鍵要素。