量子計(jì)算機(jī)會帶來很多的好處，但是其中一個(gè)副作用是它會打破目前用于保護(hù)信息的機(jī)制。但業(yè)界正在努力，澳大利亞的QuintessenceLabs正在發(fā)揮關(guān)鍵作用。
量子計(jì)算會使世界發(fā)生徹底的變革，澳大利亞也將第一個(gè)沖向量子終點(diǎn)線。但是量子計(jì)算機(jī)對藥物等領(lǐng)域帶來好處的同時(shí)，也會破壞當(dāng)前的安全方法。
澳大利亞量子網(wǎng)絡(luò)安全公司QuintessenceLabs（以下簡稱為QLabs）的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Vikram Sharma在上周的ACS堪培拉大會發(fā)表演講后接受了ZDNet的訪談，他詳細(xì)描述了全球安全行業(yè)的計(jì)劃，為在接下來的十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)而做準(zhǔn)備。
“在量子計(jì)算方面取得的成就會給我們以前用于保護(hù)信息安全的機(jī)制帶來風(fēng)險(xiǎn)。但是有趣的是，量子技術(shù)也能夠提供一些解決方案來緩解這一風(fēng)險(xiǎn)或者迎接這一挑戰(zhàn)。”他說道。
第二次量子革命也一觸即發(fā)，Sharma指出，1947年發(fā)明出了晶體管，在20世紀(jì)50年代早期，出現(xiàn)了很多使用晶體管的器械、設(shè)備和儀器。
和第二次革命不同的是，第一次革命看到了自然界中發(fā)生的量子效應(yīng)的被動杠桿化；第二次革命的特點(diǎn)是可以積極地設(shè)計(jì)自然界中不存在的量子態(tài)。
“通過設(shè)計(jì)新的量子態(tài)或者效應(yīng)，已經(jīng)展現(xiàn)出了很多的量子所具備的能力，并且在未來的幾十年內(nèi)，使我們生活的很多方面都發(fā)生階躍變化。”Sharma解釋道。
QLabs于2008年成立，是堪培拉澳大利亞國立大學(xué)物理學(xué)院的剝離部門，QLabs的產(chǎn)品組合都是獨(dú)立于澳大利亞國立大學(xué)而開發(fā)出來的。
QLabs特別關(guān)注的是網(wǎng)絡(luò)安全和通訊領(lǐng)域的應(yīng)用，并從澳大利亞政府獲得資金，以幫助它在國防級別上實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
如今，信息的商業(yè)交換主要是由PKI（公鑰構(gòu)架）來保護(hù)的，PKI的安全性則是依賴于特定數(shù)學(xué)運(yùn)算的計(jì)算復(fù)雜性。
Sharma表示，重要的是，這一系統(tǒng)依賴的是易于單向解決的數(shù)學(xué)問題，但是想要反向解密還是有點(diǎn)難度的，當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)安全也是如此。這種用于PKI交換的系統(tǒng)是一種RSA（非對稱加密）算法。
Sharma解釋道：“一旦有了量子計(jì)算機(jī)，那么RSA秘鑰交換的數(shù)學(xué)性將會被破壞，因?yàn)樗姆聪蛴?jì)算速度要比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，甚至比超級計(jì)算機(jī)更快。”
“這也是威脅所在...我們需要在下一個(gè)十年內(nèi)認(rèn)識到這些威脅，大多數(shù)人或許會爭辯道，我們已經(jīng)有了可用且有用的量子計(jì)算機(jī)。”
“這就是威脅，但是我們當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)是，雖然量子計(jì)算機(jī)能夠?yàn)槲覀儙淼乃械暮锰?，但是有一個(gè)副作用是它會打破我們?nèi)缃裼糜谏虡I(yè)交換中保護(hù)電子商務(wù)和金錢的機(jī)制。”
根據(jù)Sharma和他的同事，現(xiàn)在有三種方式能夠緩解這一問題，第一個(gè)是找到會被破壞的數(shù)學(xué)問題，然后用更加復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題進(jìn)行替換。
他說：“我們希望量子計(jì)算機(jī)不會破壞這些機(jī)制。”
美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）一直在實(shí)行一個(gè)項(xiàng)目，來決定下一組算法，以保護(hù)量子安全的數(shù)據(jù)。
美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院選出了90名候選人來幫助開發(fā)量子抵抗算法（QRA），這表明到2022年-2023年，將會推出第一個(gè)量子抵抗算法。
美國國家安全局也參與其中，要求機(jī)構(gòu)使用大型對稱性秘鑰，而不是PKI使用的非對稱性秘鑰。
“這應(yīng)該就是他們所說的高熵，因?yàn)檫@一編碼都是完全隨機(jī)的。”Sharma在談?wù)摿孔影踩牡诙N方式時(shí)說道。
這也是QLabs當(dāng)前正在著手解決的問題。
該公司在二月份宣布利用二極管中的裂紋來開發(fā)一個(gè)全局熵量子隨機(jī)數(shù)字生成器。裂紋是二極管的一個(gè)特性，也被稱為量子隧穿，即粒子能夠穿入或穿越位勢壘的量子行為，但是在經(jīng)典力學(xué)里，這是不可能發(fā)生的。
Sharma注意到，重要的是，QStream每秒會產(chǎn)生數(shù)十億個(gè)隨機(jī)數(shù)字，用于支持美國國家安全局推薦的高熵對稱性秘鑰。
第三個(gè)方式是量子秘鑰分發(fā)，它并沒有使用數(shù)學(xué)問題來保護(hù)秘鑰的傳輸，QLabs和其他公司則使用了物理學(xué)原理。
“如果我要給你發(fā)送一個(gè)量子級別編譯的代碼，我會在每秒進(jìn)行億萬次的發(fā)送，如果有人試圖攔截這一傳輸過程，量子物理學(xué)定律會將他們竊取或者攔截的行為展示給你和我。”他解釋道。
“我們會放棄這一秘鑰，然后只使用我們確認(rèn)安全的且不會被干涉的秘鑰，從而能夠?yàn)閭鬏斆罔€提供一個(gè)完全安全的方式。”
這三個(gè)方法受到了廣泛的認(rèn)可，因?yàn)樗鼈兡軌虮ＷC量子安全。Sharma也指出，將這三種方式整合到一起，則會構(gòu)成未來網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)的基礎(chǔ)，從而對敏感信息進(jìn)行存儲和傳輸。
“多層防御也會協(xié)同工作。”他補(bǔ)充道。
原文作者：Asha McLean
