网络安全等级保护：量子计算和量子密码学

量子计算和量子密码学

量子计算可能是未来我们要面对的最为先进的计算方式，所以在此我们可以对此有个概念性了解，如果想致力于量子计算的朋友，这点内容肯定是不够的。当然，我们在当下网络安全等级保护工作中，则基本上接触不到。量子还处于研究阶段，到民用阶段还有很长的路要走，在做好当下的前提下，聊作消遣与扩展。

量子计算的创新有望显着提高计算能力。这将为计算的许多方面带来进步，包括数据挖掘、人工智能和其他应用。然而，计算能力的提高也将对密码学提出挑战。计算依赖于各个位来存储信息。量子计算依赖于量子位。

量子计算的基本问题是表示两个以上状态的能力。当前使用经典位的计算技术只能表示二进制值。量子位或量子位通过单个光子的偏振来存储数据。两种基本状态是水平或垂直偏振。然而，量子力学允许两种状态同时叠加。这在经典位中根本不可能实现。量子位的两种状态用量子符号表示为 |0> 或 |1>。这些代表水平或垂直极化。量子位是这两个基本状态的叠加。这种叠加表示为 | ψ > = α|0> + β|1>。

本质上，经典位可以代表一或零。量子位可以表示一、零或这两个量子位状态的任何量子叠加。这种叠加可以实现更强大的计算。叠加允许量子位存储 1、0、1 和 0，或者 1 和 0 之间的一系列值。这显着提高了数据存储和数据处理能力。

已经存在基于量子的算法，它们在分解大数方面比经典算法优越得多。这是一个关键问题，因为广泛使用的 RSA 算法是基于将大量数字分解为其质因数的困难。当量子计算机成为现实时，因式分解问题将不再困难，RSA 将被淘汰。各种密钥交换算法（例如 Diffie-Hellman）取决于解决离散对数问题的难度。Diffie-Hellman、ElGamal 和 MQV (Menezes-Qu-Vanstone) 的两个最重要的改进也取决于离散对数问题。椭圆曲线密码学基于解决椭圆曲线离散对数问题的难度。

本质上，当前所有的非对称密码学都基于这两类一般数论问题之一：因式分解或求解离散对数问题。从本质上讲，当量子计算机成为现实而不仅仅是研究兴趣时，所有现代非对称算法都将变得过时。这是网络安全的一个重大问题，因为所有现代电子商务、加密电子邮件和网络上的安全通信都依赖于这些算法。目前，NIST 正在进行一项为期多年的研究，以确定后量子密码学的标准。有几种有前途的密码系统。然而深入探讨量子密码学超出了本章的范围。

概括

加密是网络安全的基本要素。永远不应该发送未经加密的敏感数据。对系统的硬盘驱动器进行加密也是一个好主意，这样，如果硬盘被盗，驱动器上的宝贵数据就不太可能受到损害。我们在探讨等级保护工作中，这些密码学知识是便于我们理解，而非是具备掌握密码学知识生产应用的能力，想要成为密码学专家，则需要在这条路上走的更远，我们仅仅提供的信息确实提供密码学工作原理的基本概述。并且，在了解网络安全等级保护知识过程中，密码知识是贯穿始终的。

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参考：

网络安全等级保护基本要求

等级保护技术基础培训教程

原文始发于微信公众号（河南等级保护测评）：网络安全等级保护：量子计算和量子密码学