去年八月，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (NIST) 發(fā)布了首批三項(xiàng)"后量子加密標(biāo)準(zhǔn)"，這些標(biāo)準(zhǔn)旨在抵御量子計(jì)算機(jī)的攻擊。多年來，密碼學(xué)專家一直擔(dān)憂量子計(jì)算的出現(xiàn)可能會給傳統(tǒng)加密方法帶來災(zāi)難性影響。隨著這項(xiàng)技術(shù)已明確出現(xiàn)在地平線上，NIST 的新標(biāo)準(zhǔn)代表著朝后量子防護(hù)邁出的第一個重要步伐。

但量子計(jì)算真的如傳言所說那樣對加密構(gòu)成威脅嗎？雖然量子計(jì)算機(jī)確實(shí)能夠更快更容易地破解傳統(tǒng)加密，但我們距離 1992 年電影《潛行者》中想象的"無秘密可言"解密設(shè)備還很遙遠(yuǎn)。由于能源需求和計(jì)算能力仍然是限制因素，那些能夠接觸到量子計(jì)算機(jī)的機(jī)構(gòu)很可能會考慮將這項(xiàng)技術(shù)用于其他更有價值的領(lǐng)域—比如科學(xué)、制藥和醫(yī)療保健。

還記得電子顯微鏡理論嗎？

我在數(shù)字取證領(lǐng)域工作了很長時間，這讓我對量子計(jì)算的挑戰(zhàn)有了獨(dú)特的見解。1996 年，Peter Gutman 發(fā)表了一篇題為《磁性和固態(tài)存儲器中數(shù)據(jù)的安全刪除》的白皮書，理論認(rèn)為可以使用電子顯微鏡從硬盤驅(qū)動器中恢復(fù)已刪除的數(shù)據(jù)。這是否可能？也許—但最終，這個過程將會非常繁瑣、資源密集且不可靠。更重要的是，不久之后硬盤就開始以如此密集的方式存儲信息，以至于即使是電子顯微鏡也無法恢復(fù)已刪除的數(shù)據(jù)。

事實(shí)上，幾乎沒有證據(jù)表明電子顯微鏡曾經(jīng)成功用于這個目的，現(xiàn)代測試也證實(shí)這種方法既不實(shí)用也不可靠。但恐懼是真實(shí)的—這促使美國國防部 (DOD) 發(fā)布了著名的"7 次擦寫"數(shù)據(jù)刪除方法，以消除電子顯微鏡理論上可能檢測到的任何取證證據(jù)。我們是否應(yīng)該對敏感或機(jī)密數(shù)據(jù)采取這種額外的預(yù)防措施？當(dāng)然應(yīng)該。但威脅并沒有傳言的那么可怕。在量子計(jì)算方面，我們可能正在走上類似的道路。

量子計(jì)算的現(xiàn)實(shí)情況

首先，重要的是要理解量子計(jì)算的工作原理。盡管電影喜歡這樣描繪黑客，但它并不是一根能立即終結(jié)我們所知的密碼學(xué)的魔杖。它仍需要輸入單獨(dú)的消息并被指派破解加密—這意味著攻擊者需要相當(dāng)清楚哪些消息包含有價值的信息。這聽起來可能很容易，但每天發(fā)送的電子郵件超過 3000 億封，還有數(shù)萬億條短信。雖然有辦法縮小搜索范圍，但這仍然需要攻擊者投入大量的計(jì)算能力。

這就引出了真正的問題：計(jì)算能力并非無限。量子計(jì)算處于技術(shù)的前沿，這意味著普通的腳本小子或黑客組織無法接觸到它。只有國家級參與者和像 Google、Microsoft 以及 AI 公司這樣的大企業(yè)才能接觸到量子計(jì)算機(jī)（以及運(yùn)行它們所需的能源）。簡單來說，量子計(jì)算最初將會很昂貴，而且不會像許多人所說的那樣快速進(jìn)入市場—這意味著國家只能擁有有限的計(jì)算能力。那么問題來了：破解加密協(xié)議真的是他們計(jì)劃將計(jì)算能力用于的目標(biāo)嗎？

量子計(jì)算的真正用例

答案是一個強(qiáng)烈的...也許。對我來說，量子計(jì)算的真正優(yōu)勢在于研究、經(jīng)濟(jì)競爭和全球影響力。這并不意味著如果敵對國家掌握了他們知道很有價值的東西，量子計(jì)算機(jī)就不會被用來破解加密—但這不會是該技術(shù)的主要用途。這樣想：如果你是一個可以使用地球上最先進(jìn)計(jì)算機(jī)模型的外國勢力，你會將它們用于什么？是在數(shù)百萬加密通信中進(jìn)行大海撈針式的搜索，還是將這寶貴的時間、能源和計(jì)算能力用于治愈癌癥、消除癡呆癥或創(chuàng)造先進(jìn)的新材料？對我來說，這是顯而易見的。個別攻擊者可能追求短期利益，但國家會考慮更長遠(yuǎn)的利益。

量子計(jì)算很可能推動新材料和催化劑開發(fā)方面的重大突破，從而創(chuàng)造出更強(qiáng)、更輕的制造業(yè)復(fù)合材料和更具反應(yīng)性的化學(xué)過程催化劑。僅這一點(diǎn)就有可能徹底革新多個行業(yè)，為部署該技術(shù)的國家?guī)砀蟮拈L期收益。量子計(jì)算在制藥行業(yè)也顯示出前景，幫助研究人員在更短的時間內(nèi)開發(fā)出更有效的藥物和其他治療方法。該技術(shù)甚至被用于增強(qiáng)太空旅行能力，通過實(shí)現(xiàn)更快的軌道計(jì)算，使導(dǎo)航更準(zhǔn)確并優(yōu)化燃料使用。

這歸結(jié)為成本效益分析。在可預(yù)見的未來，只有國家和大型企業(yè)才能接觸到量子計(jì)算—當(dāng)他們可以用它來提升經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出和主導(dǎo)金融市場時，他們真的會將有限的計(jì)算能力用于破解加密算法嗎？這并不是說量子計(jì)算的每個用例都是好的—在錯誤的人手中，它當(dāng)然可能被用于危險的目的。但在如此關(guān)注所謂即將來臨的"量子末日"的情況下，背景很重要。

破解加密是否在量子計(jì)算的用例清單上？是的。但它并不在清單的前列。因此，在我們花費(fèi)數(shù)十億美元來徹底替換目前使用的每一個密碼算法之前，也許是時候深呼吸一下，考慮一下量子計(jì)算將如何真正被使用了。

Rob Lee 是 SANS Institute 的研究主管兼教師主管。