量子计算如何可能威胁当前的加密假设？
如何量子計算威脅當前密碼學假設
了解量子計算對密碼學的影響
量子計算正迅速發展，並有潛力徹底改變許多領域，包括密碼學。傳統的加密系統——如RSA和橢圓曲線加密——是建立在一些被認為在合理時間內用經典電腦難以解決的數學問題之上。這些問題包括大整數分解和離散對數問題，它們支撐著HTTPS、SSH和數位簽章等大多數安全通訊協議的安全性。
然而，量子電腦利用量子力學原理，可以比傳統電腦指數級更快地進行某些計算。這種能力威脅到現有加密方法的根基，使得先前無法破解的演算法變得脆弱。因此，全球各地組織面臨迫切需要理解這些威脅並準備向抗量子加密轉型。
量子威脅背後的科學：關鍵概念
量子計算的主要威脅來自其能夠通過qubits（即“量子比特”）同時處理大量資料——不同於只能是0或1的經典比特，qubits可以處於多個狀態（疊加態），實現前所未有規模的平行運算。
其中一個重要算法是Shor’s Algorithm（紹爾算法），由數學家Peter Shor於1994年提出。它能以指數級速度分解大型合成整數，直接威脅依賴大整數分解困難來保障安全性的RSA加密。同樣地，以椭圆曲线离散对数问题为基础的椭圆曲线密码学（ECC）也可能被具備足夠能力執行Shor算法的大型量子電腦攻破。
除了直接破解加密方案外，量子電腦還可能增強其他攻擊手段，如側信道攻擊或促使新型網絡間諜活動利用其運算優勢。
展示進展：近期在量子通信方面的重要突破
近期的一些突破彰顯了科技進步與實用應用努力：
**長距離量子通信記錄創下新高：**2025年4月，研究人員成功透過光纖傳輸了遠距離Quantum訊息，此里程碑顯示朝建立抵抗竊聽之長距離安全通訊渠道邁出重要一步[1]。
**硬體創新：**瑞士科學家研發出專為防禦未來Quantum攻擊而設計，例如QS7001芯片[2]。此類硬體進展是將後Quantum安全措施融入現有基礎建設的重要步伐。
**產業反應：**如Arqit Quantum Inc.、IBM及NetApp等公司已意識到這些新興威胁並積極投資開發相關方案，包括研製新演算法及部署AI驅動網絡安全工具，以提升後Quantum韌性[3][4][5]。
為何轉向抗Quantum 密碼技術至關重要？
可擴展且普遍適用的大規模Quantum電腦即將出現，使得傳統易受Shor算法影響的方法亟需轉換。專家警告，如果拖延太久，有敏感資料可能會暴露——尤其是在今天攔截到已被加密的信息，但未來擁有足夠強大的機器時卻能破解它們。
因此，我們必須：
採用抗Quantum演算法如格點基礎( lattice-based )或雜湊簽章(hash-based signatures)；
政府制定標準，引導產業落實相關措施；
企業制定全面策略，在過渡期間結合混合式( hybrid ) 加密方案，同時使用經典與後Quantum方法保護資料。
若不立即採取行動，一旦真正具備商業化能力的大型 Quantum 電腦問世，就可能讓金融系統、政府通信等關鍵基礎設施面臨不可逆轉破壞風險。
實施抗 Quantum 解決方案面臨挑戰
推動既存系統升級涉及多重障礙：
**技術複雜性：**開發高效且兼容現有硬體的新一代Post-quantum演算法仍需大量研究。
**標準化延遲：**國際組織如NIST正努力制定Post-quantum 密碼協議標準，但全面採用仍需時間。
**成本負擔：**升級基礎建設不僅涉及硬體投資，也包括人員訓練。
**相容性問題：**確保舊系統與新協議無縫銜接，需要謹慎規劃避免營運中斷。
儘管如此，提前布局將有效降低未來風險，比事後反應更為有效率與經濟性。
政府與產業領袖扮演的重要角色
監管機構應制定標準促使各界廣泛採納符合安全需求的新作法，以因應由於 quantum 計算帶來的新興挑戰[6]。跨界合作，包括科研單位、IBM或Arqit等企業，以及政府部門，是打造堅固解決方案、保障敏感資訊長遠安全不可或缺的一環。
企業亦應優先投入研發資源，加強對潛在漏洞認識，同時培養政策制定者理解網路安全框架調整所需，共同迎接充滿挑戰但又充滿希望的新時代。
【參考文獻】
1. 打破紀錄長距離傳輸 — 展示利用科技推動實務長距離保安通訊之最新進展（2025年4月）。
2. 瑞士晶片研發 — 專為抵禦未來 quantum 攻擊而推出之 QS7001 晶片。[2]
3. Arqit見解 — 強調因即將到來能力而急迫轉換既有加密方式的重要性。[3]
4. IBM AI 網絡安防方案 — 致力於對抗日益複雜之 cyber threats 包含 quantum enabled attack。[4]
5. NetApp 網路韌性策略 — 面對變革中的 threat landscape 所采取之措施。[5]
6. 政府制訂標準 — 指引平穩過渡流程的重要監管框架。[6]
掌握先機意味著要了解新興技術如何挑戰我們根深蒂固的假設——並果斷行動，在漏洞被大規模利用之前“打造未來證明”的資訊資產；藉由採取符合科技趨勢的新防禦措施，例如近期在長距離 量子通信 和 硬件防護 領域取得突破，即可提前佈局下一階段資訊安全格局。
JCUSER-WVMdslBw
2025-05-09 20:40
量子计算如何可能威胁当前的加密假设？
如何量子計算威脅當前密碼學假設
了解量子計算對密碼學的影響
量子計算正迅速發展，並有潛力徹底改變許多領域，包括密碼學。傳統的加密系統——如RSA和橢圓曲線加密——是建立在一些被認為在合理時間內用經典電腦難以解決的數學問題之上。這些問題包括大整數分解和離散對數問題，它們支撐著HTTPS、SSH和數位簽章等大多數安全通訊協議的安全性。
然而，量子電腦利用量子力學原理，可以比傳統電腦指數級更快地進行某些計算。這種能力威脅到現有加密方法的根基，使得先前無法破解的演算法變得脆弱。因此，全球各地組織面臨迫切需要理解這些威脅並準備向抗量子加密轉型。
量子威脅背後的科學：關鍵概念
量子計算的主要威脅來自其能夠通過qubits（即“量子比特”）同時處理大量資料——不同於只能是0或1的經典比特，qubits可以處於多個狀態（疊加態），實現前所未有規模的平行運算。
其中一個重要算法是Shor’s Algorithm（紹爾算法），由數學家Peter Shor於1994年提出。它能以指數級速度分解大型合成整數，直接威脅依賴大整數分解困難來保障安全性的RSA加密。同樣地，以椭圆曲线离散对数问题为基础的椭圆曲线密码学（ECC）也可能被具備足夠能力執行Shor算法的大型量子電腦攻破。
除了直接破解加密方案外，量子電腦還可能增強其他攻擊手段，如側信道攻擊或促使新型網絡間諜活動利用其運算優勢。
展示進展：近期在量子通信方面的重要突破
近期的一些突破彰顯了科技進步與實用應用努力：
**長距離量子通信記錄創下新高：**2025年4月，研究人員成功透過光纖傳輸了遠距離Quantum訊息，此里程碑顯示朝建立抵抗竊聽之長距離安全通訊渠道邁出重要一步[1]。
**硬體創新：**瑞士科學家研發出專為防禦未來Quantum攻擊而設計，例如QS7001芯片[2]。此類硬體進展是將後Quantum安全措施融入現有基礎建設的重要步伐。
**產業反應：**如Arqit Quantum Inc.、IBM及NetApp等公司已意識到這些新興威胁並積極投資開發相關方案，包括研製新演算法及部署AI驅動網絡安全工具，以提升後Quantum韌性[3][4][5]。
為何轉向抗Quantum 密碼技術至關重要？
可擴展且普遍適用的大規模Quantum電腦即將出現，使得傳統易受Shor算法影響的方法亟需轉換。專家警告，如果拖延太久，有敏感資料可能會暴露——尤其是在今天攔截到已被加密的信息，但未來擁有足夠強大的機器時卻能破解它們。
因此，我們必須：
採用抗Quantum演算法如格點基礎( lattice-based )或雜湊簽章(hash-based signatures)；
政府制定標準，引導產業落實相關措施；
企業制定全面策略，在過渡期間結合混合式( hybrid ) 加密方案，同時使用經典與後Quantum方法保護資料。
若不立即採取行動，一旦真正具備商業化能力的大型 Quantum 電腦問世，就可能讓金融系統、政府通信等關鍵基礎設施面臨不可逆轉破壞風險。
實施抗 Quantum 解決方案面臨挑戰
推動既存系統升級涉及多重障礙：
**技術複雜性：**開發高效且兼容現有硬體的新一代Post-quantum演算法仍需大量研究。
**標準化延遲：**國際組織如NIST正努力制定Post-quantum 密碼協議標準，但全面採用仍需時間。
**成本負擔：**升級基礎建設不僅涉及硬體投資，也包括人員訓練。
**相容性問題：**確保舊系統與新協議無縫銜接，需要謹慎規劃避免營運中斷。
儘管如此，提前布局將有效降低未來風險，比事後反應更為有效率與經濟性。
政府與產業領袖扮演的重要角色
監管機構應制定標準促使各界廣泛採納符合安全需求的新作法，以因應由於 quantum 計算帶來的新興挑戰[6]。跨界合作，包括科研單位、IBM或Arqit等企業，以及政府部門，是打造堅固解決方案、保障敏感資訊長遠安全不可或缺的一環。
企業亦應優先投入研發資源，加強對潛在漏洞認識，同時培養政策制定者理解網路安全框架調整所需，共同迎接充滿挑戰但又充滿希望的新時代。
【參考文獻】
1. 打破紀錄長距離傳輸 — 展示利用科技推動實務長距離保安通訊之最新進展（2025年4月）。
2. 瑞士晶片研發 — 專為抵禦未來 quantum 攻擊而推出之 QS7001 晶片。[2]
3. Arqit見解 — 強調因即將到來能力而急迫轉換既有加密方式的重要性。[3]
4. IBM AI 網絡安防方案 — 致力於對抗日益複雜之 cyber threats 包含 quantum enabled attack。[4]
5. NetApp 網路韌性策略 — 面對變革中的 threat landscape 所采取之措施。[5]
6. 政府制訂標準 — 指引平穩過渡流程的重要監管框架。[6]
掌握先機意味著要了解新興技術如何挑戰我們根深蒂固的假設——並果斷行動，在漏洞被大規模利用之前“打造未來證明”的資訊資產；藉由採取符合科技趨勢的新防禦措施，例如近期在長距離 量子通信 和 硬件防護 領域取得突破，即可提前佈局下一階段資訊安全格局。
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