量子计算离破解加密的日子还远吗？

量子加密破解时代已经来临，是时候做好准备了。

1982年诺贝尔奖获得者物理学家理查德·费曼提出量子计算机概念时，他并没有想到量子计算机会被用来破解加密。 但今天，经典加密被破解的可能性正在成为现实。

无处不在的加密

网上购物、交流、工作已经成为很多人的常态。 为了保证网络通信的安全性，全球大部分网站都采用了TLS传输加密。 在网络水平发达的美国，这一比例达到了91%。 还有无处不在的Wi-Fi，大多采用WPA2加密，银行卡交易采用AES加密。 加密的应用如此广泛，以至于大多数非专业人士都不知道它的存在。

加密和破解的两方始终在较量和升级。 比如Wi-Fi，前几年用的是WEP或者WPA。 但随着CPU运算速度的提高，这种加密协议被废弃，取而代之的是长度更长的密钥。 长加密协议。 因为一般来说，密钥越长越难破解。 比如256位的AES，如果采用暴力遍历的方式，再强大的经典计算机也需要几百万年的时间。 但是量子计算机的出现，彻底颠覆了这个场景。

量子计算的恐怖

与经典计算机使用0和1两种状态进行线性计算不同，量子计算机是基于量子比特，即0和1的组合叠加，即四种状态，并行计算。 这种叠加状态在计算能力方面究竟意味着什么？ 根据“涅文定律”（以谷歌量子人工智能实验室主任的名字命名），量子计算机相对于经典计算机是“双指数”的。 要知道指数级增长已经很恐怖了，指数级增长完全是另一个世界。 比如在单个指标的情况下，2计算30次，即2的30次可以达到10亿。 但是在双指数的情况下，只需要5次计算就可以达到2的32次方，超过40亿。

实现量子计算需要解决哪些问题

然而，量子计算有一个非常大的困难。 量子态非常脆弱。 如果环境发生任何变化，如温度或振动，量子态就会丢失，即“退相干”。 此时无法进行量子计算，必须重新生成量子比特。 因此，目前的量子计算还处于实验室阶段。

纠错机制可以解决部分问题，但根据美国国家科工院去年年底的一份研究报告，量子比特的平均错误率“必须降低到之前的10到100倍量子计算的稳健性可以弹性地支持错误。” 正确的。”

另一种方法是优化量子算法量子计算能破解比特币吗，使计算时间尽可能快，快到量子位可以在“退相干”之前完成计算。 计算也可以通过同时运行多个量子位来完成，因为当绝对数量增加时，总会有持续时间更长的量子位。

现在的进展

1994年，数学家Peter Shor发明了Shor的量子算法，可以解密RSA。 1996年Lov Grover发明了Grover算法，可以解密AES。 虽然算法已经出来了，但是由于“退相干”，能够运行这些算法的量子计算机还没有成功。 2015 年量子计算能破解比特币吗，一些研究人员估计，破解 RSA-2048 需要一台具有 10 亿个量子比特的量子计算机。 但在 2019 年，修改后的算法仅需 2000 万个量子位的计算机即可破解 RSA-2048。

谷歌在 2019 年秋天宣布，它已经开发出一台 54 量子比特的计算机。 但 IBM 作为最早投资量子计算研发的公司之一（IBM 表示已经将 53 量子比特的量子计算机商业化），对其实用性持怀疑态度。 另一家率先投资量子计算的商业公司 D-Wave 声称其技术已超过 5,000 个量子比特。 但是D-Wave使用了一种叫做“量子退火”的技术，不能让5000个量子比特参与完整的计算（只能进行特定的计算）。

我们离真正的量子计算还有多远？

保守派认为，以目前的进展速度，可能需要几十年的时间才能建造出具有足够计算能力的量子计算机。 需要解决的未知问题太多，很难给出一个具体的时间节点。 领先的量子计算研究团队博思艾伦认为，现有的量子计算机在各项能力上还远远不够，需要攻克大量的技术和工程难点。 虽然目前取得的进展令人瞩目，但离真正的应用还有很长的路要走。

日本信息技术领域顶级研究中心 NTT 的研究员 Mark Zhandry 认为，“随着谷歌最近在量子技术上的突破，可以说我们已经进入了量子计算的真空管时代，但“真空管到现在的晶体管计算机已经经历了几年。十年的过程。这个过程应该也适用于量子计算机。”

网络安全行业有不同的看法。 安全公司 Utimaco 的技术主管 Chad Williamson 认为，量子计算完全颠覆了当前的加密算法，赋予了攻击者前所未有的攻击能力。 首先是椭圆曲线加密算法（ECC）会被运行 Shor 算法的量子计算机破解，现在比特币和以太坊等大多数加密货币都使用 ECC。 “四年前，业界告诉我们，量子计算还需要20到30年才能到达。三年前，这个时间缩短到10到20年。去年，变成了5到10年。而在今年的大会上，人们来到我们的展位前说，‘哎呀，我们早该谈论这个’。”

致力于量子加密商业化的公司 Quantum Xchange 的首席执行官表示：“这不是会不会的问题，而是何时的问题。克服当前的障碍并不容易，我们至少需要三年时间才能实现秀尔算法。” “ . “

结语

无论如何，量子计算机的出现和实际应用只是时间问题。 按照尼文定律，这个时间不会太长。 而谁先拥有了量子计算的能力，就无疑在生活、生产、科技、政治、经济、军事等领域占据了“制高点”。 谷歌将这种能力命名为“量子霸权”。 （舒氏咨询：国内多家媒体翻译为“量子霸权”，而舒氏咨询将其翻译为“量子霸权”。霸权侧重于量子计算带来的技术优势，而霸权则过于强调政治意义）

因为攻击者可以收集并存储他认为有用的加密数据，然后破解，直到量子计算机出现。 届时，无数的商业机密、军事机密、国家情报、个人隐私都会被曝光。 为此，国家标准技术研究院启动了抗量子密码标准计划，目标是在2024年完成六大密码类别的量子安全标准。

量子霸权带来的真正威胁不在现在，而是在未来。