量子计算对传统信息安全的冲击与变革

量子计算严重威胁传统加密算法，如RSA，其安全性基于大数因数分解难题。但量子计算机通过Shor算法能快速破解，导致私钥泄露。ECC和DSA等算法也面临类似风险。Shor算法挑战了传统加密体系，需寻找新的量子安全算法应对。此外，量子计算或发现防火墙漏洞，实现绕攻；或产生新攻击手段，使入侵检测系统失效，威胁信息安全基础设施。加密通信协议在量子计算环境下同样脆弱，SSL/TLS等协议中的加密算法易受攻击，通信可能被破解，且协议的握手过程和密钥交换机制也可能被破坏，影响通信双方安全协商密钥。因此，量子计算对信息安全构成重大挑战。

在量子计算技术的迅猛发展下，传统信息安全体系正面临着前所未有的挑战与变革。这种变革不仅体现在加密技术的更新迭代上，更深入到通信协议、基础设施乃至整个信息安全策略的全方位重塑。后量子加密技术的深度探索是其中的重要一环，其中量子密钥分发（QKD）技术作为量子安全通信的基石，其研究已深入到实际应用层面，不断优化并尝试与经典通信网络融合。同时，基于格的加密算法，如NTRUEncrypt和NewHope，也在不断创新发展，为构建更复杂的量子安全系统提供了可能。除了这些，还有基于编码、多变量和哈希函数的加密算法也在快速发展，为构建多元化的量子安全加密体系提供了丰富的选择。

量子安全通信协议的全面升级也是变革的重要方面。通过深入研究量子纠缠和不可克隆性等量子特性，可以设计出更加高效、安全的量子通信协议。同时，量子认证和签名协议也继承了经典认证和签名的基本功能，并通过引入量子特性，显著提升了安全性。为了促进量子安全通信协议的广泛应用，制定统一的标准和规范，加强不同量子安全系统之间的互操作性，也是当前研究的重要方向。

在量子安全基础设施方面，需要设计新的网络架构和协议以支持量子安全通信，这包括量子信道的布局、量子路由器的设计、量子交换机的实现等关键环节。同时，自主研发具有自主知识产权的量子安全芯片也是关键，这些芯片将广泛应用于加密、解密、密钥管理、身份验证等场景。此外，量子态的脆弱性使得量子信息的存储和传输成为技术难点，需要深入研究量子纠错编码、量子中继等技术，以实现量子信息的长距离、高保真度传输和长期稳定存储。

为了应对量子计算对传统信息安全的冲击与变革，需要采取一系列全面且细致的应对策略。

首先，在技术与研发层面，政府与科研机构应联合投资，设立专项基金以支持后量子加密技术的深入研究。这些资金将用于购置先进研发设备、组建跨学科研究团队，并鼓励企业参与，共同推动技术成熟。通过建设专门实验室，并组织数学、计算机科学、物理学等领域的专家共同攻克技术难题，加速后量子加密技术的研发进程。同时，积极推动后量子加密标准的制定与推广，参与国际标准制定机构的工作，确保我国在国际舞台上的话语权，并制定符合我国国情的国内标准，通过举办培训班、研讨会等方式推广标准应用。

其次，在信息安全基础设施的升级与改造方面，逐步引入量子安全技术，制定详细的升级计划，并优先关注金融、政府等关键领域的信息安全基础设施。建立后量子安全技术示范项目，通过实际应用验证技术的可行性和有效性。同时，对现有信息安全系统进行全面的安全评估，识别潜在的量子攻击风险点，并进行针对性的升级和改造，以提升系统的整体防御能力。加强系统监控和预警机制的建设也是必不可少的，通过引入先进的监控技术和预警模型，提高系统的应急响应能力。

此外，在人才培养与教育方面，应加强量子安全教育与培训。在高校和科研机构中开设量子安全相关的专业课程和培训项目，组织专家学者进行巡回讲座和培训，提高信息安全从业人员的专业素质和技能水平。同时，通过在线课程、培训教材、科普文章等多种方式普及量子安全知识，提高全社会对量子安全的认识和重视程度。

最后，在国际合作与信息交流方面，应与国际上在量子计算与量子安全领域具有领先地位的国家和地区建立长期稳定的合作关系。通过签订合作协议、共建研发机构等方式，共享最新的研究成果和技术进展。鼓励国内科研机构和企业与国际同行开展联合研究项目，共同研发后量子加密技术、量子安全通信技术等。同时，定期举办国际性的量子计算与量子安全学术会议和研讨会，促进学术合作和技术创新。

面对全球性信息安全挑战，应与国际社会共同制定应对策略和措施，形成共识并推动相关政策的制定和实施。建立信息共享机制也是关键一环，应及时分享量子计算与量子安全领域的最新动态和威胁情报。最终目标是与国际社会共同推动量子计算与量子安全技术的和平利用与发展，为人类的共同福祉做出贡献。

量子计算威胁传统信息安全，但也带来变革机遇。通过发展后量子加密、升级基础设施、加强教育培训及国际合作，可有效应对威胁，推动信息安全创新。未来，量子计算技术将助力信息安全领域迎来更广阔的发展前景。

来源：《网络安全和信息化》杂志

作者：林成杰  祝峰  迟吉凤

（本文不涉密）