量子計算如何威脅當前的密碼學假設

量子計算正迅速從理論研究轉向實用應用，其對網絡安全的影響深遠。隨著這項技術的發展，提出了關於現有支撐數位隱私、金融交易和國家安全的密碼系統安全性的關鍵問題。了解量子計算如何威脅當前密碼學，是組織與個人都必須重視的重要課題。

現代密碼學的基礎

大多數現代加密方法依賴於對經典電腦而言在合理時間內難以解決的數學問題。例如，RSA加密依賴於分解大型合成數字的困難，而橢圓曲線密碼（ECC）則基於離散對數問題的複雜性。這些假設之所以成立，是因為傳統電腦無法高效地進行大規模運算。

然而，這一安全基礎建立在計算不可行性上——即用目前技術解決這些問題可能需要幾百年甚至更長時間。量子電腦通過提供更有效的方法來處理這些問題，挑戰了此一假設。

量子計算如何突破傳統加密

由1994年由數學家彼得·肖爾（Peter Shor）開發的肖爾算法（Shor’s Algorithm）是主要威脅之一。該算法使得具有足夠能力的量子電腦能以指數級速度分解大型整數，而傳統電腦則無法做到。一旦出現強大的量子電腦，RSA加密就會變得不再安全。

同樣地，以離散對數為基礎的ECC系統也易受攻擊，因為它們依賴於求解離散對數問題——此類任務也可以通過像肖爾算法等量子算法來完成。因此，如果未提前採取防護措施，在後量子時代許多廣泛使用的公開金鑰體系可能會變得過時。

最近在抗量子技術方面的新進展

儘管存在潛在威脅，但研究人員和產業界正積極研發抗衡未來量子攻擊的新方案：

• 抗量子晶片：2025年5月，瑞士科學家宣布研製出QS7001，一款專門設計用來保護資料免受未來潛在Quantum威脅影響的重要晶片。此類硬體旨在實施即使面對強大Quantum敵手仍能保持安全性的加密協議。

• 後量子加密（PQC）：全球範圍內正努力開發新型演算法，例如格點（lattice-based）或雜湊簽名等，被認為具有抵禦Quantum攻擊能力。在實際可用之前，各行各業與政府機構都希望推廣採用這些新標準。

儘管技術和理論層面已取得令人鼓舞進展，但將新標準整合到現有架構中仍充滿挑戰，包括相容性問題及缺乏普遍標準等障礙。

若不應對將帶來哪些風險

若未提前做好準備迎接實用化Quantum時代，可能造成嚴重後果：

• 資料外洩：敏感資訊，如個人資料或商業機密通信，如果被存儲起來但未被立即破解，一旦Quantum能力成熟，就可能被破解。

• 金融體系漏洞：依賴現有加密方式進行交易的一般銀行操作，一旦遭到利用先進Quantum能力攻破或操控，即陷入危機。

• 國家安全風險：政府機關秘密通信若遭敵方利用先進Decryption工具破解，也會造成重大損失。此外，由於某些資料如醫療記錄或外交文件需長期保秘，不及早防範，即使轉型完成，也存在持續風險。

此外，有些敏感資料需要長期保護，例如醫療記錄、外交檔案等，因此早期曝光帶來的不確定性與風險將持續存在，即使轉換工作啟動之後亦然。

遷移至「抗 Quantum」安全策略所面臨挑戰

推動全球通訊架構向Post-quantum韌性轉型，需要克服多項困難：

1. 標準制定：制定普遍接受且兼容各方需求的新協議，需要國際合作，包括NIST等標準組織共同努力。

2. 實施複雜度高：升級硬體與軟體涉及大量投資，以及部署流程中的資源配置與調度。

3. 相容性問題：新演算法必須能順暢融入既有系統，不影響性能和使用便利性。

4. 時間表不確定：預估下一個十年左右，我們可能見證具備規模化應用的大型Quantum電腦問世，但由於建造穩定qubit本身具有巨大科技挑戰，因此具體時間尚待確認。

考慮到產業快速成長、價值達千億美元以上，加快適應步伐刻不容緩，以避免日後受到不可逆轉之損失。

面對如 Quantum 計算等新興科技帶來潛在威脅，我們必須保持警覺。不僅要理解當前系統可能遭遇何種失效，更要積極參與研發符合未來需求、更具韌性的替代方案，以保障資訊安全永續可靠。

提早因應未來潛藏之 cryptographic 威脅

企業應優先投入資源研究Post-quantum cryptography 解決方案，而非等待漏洞完全浮現；提早採取措施，可降低日後干擾，同時保障敏感資訊長期保秘的重要價值。

結語

雖然 Quantum 計算帶給藥物開發、最佳化等領域巨大潛力，但同時也挑戰著根植深厚且以傳統數學為核心支柱的信息安 全架構。目前支持相關努力，如專門針對未来威胁而設計晶片，以及推動制定標準化Post-quantum演算法，都能幫助我們更好地迎接即將到来的改變——那就是我們最信任的電子防護措施，也許需要徹底重新思考，以適應這場科技革命所帶來的新局面。