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網(wǎng)絡(luò)安全|量子計算如何改變網(wǎng)絡(luò)安全

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網(wǎng)絡(luò)安全|量子計算如何改變網(wǎng)絡(luò)安全

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網(wǎng)絡(luò)安全|量子計算如何改變網(wǎng)絡(luò)安全

量子計算在計算性能上的巨大飛躍可能對傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全構(gòu)成巨大威脅 ， 但仍然可以采取一些措施來保證量子未來的網(wǎng)絡(luò)安全 。

量子計算聽起來仍然像科幻小說中的領(lǐng)域 ， 量子計算可以比目前最快的超級計算機快一億倍以上執(zhí)行計算 ， 這將對解決科學(xué)中的重大問題產(chǎn)生巨大的積極影響 。
【網(wǎng)絡(luò)安全|量子計算如何改變網(wǎng)絡(luò)安全】但所有技術(shù)都是雙刃劍：用傳統(tǒng)計算機破解需要數(shù)千年時間的加密 ， 可能會在幾分鐘內(nèi)甚至幾秒鐘內(nèi)被量子計算機破解 。 一些商業(yè)和個人數(shù)據(jù)在未來仍將保持敏感 。 因此 ， 需要使用面向未來的數(shù)據(jù)加密方式來抵御量子計算攻擊 。
量子計算的工作原理與現(xiàn)有的“馮·諾依曼”機器相比 ， 量子計算性能的提高是一個巨大的飛躍 。 傳統(tǒng)的計算機芯片仍然基于約翰·馮·諾依曼（John Von Neumann）設(shè)計并于1945年發(fā)表的計算概念 。 在此系統(tǒng)中 ， 每個操作都是按順序執(zhí)行的 ， 方法是從輸入設(shè)備讀取 ， 在邏輯處理器上工作 ， 然后再次輸出回存儲 。
即使是大規(guī)模并行的超級計算機也以這種方式工作 。 如果它們同時執(zhí)行數(shù)千個操作 ， 則每個操作仍由 CPU 內(nèi)核按順序執(zhí)行 。 GPU比CPU更簡單 ， 但它們也包含順序單元 ， 盡管對更多單元的并行化程度要高得多 。 傳統(tǒng)計算也適用于位 ， 它們具有兩種狀態(tài) - 通常表示為0和1 。 輸入將是一個狀態(tài) ， 操作后輸出將相同或另一個狀態(tài) 。 隨著問題變得越來越復(fù)雜 ， 計算的可能性越來越多 ， 將它們分解為單獨的順序計算可能意味著它們遠遠超出了當(dāng)前架構(gòu)的能力 。

這不是量子計算機的工作方式 。 量子計算機不是包含大量單獨的計算內(nèi)核來并行運行單個位的順序操作 ， 而是在測量對象狀態(tài)的概率之前對其進行處理 。 這些狀態(tài)被稱為量子比特 ， 是物體在檢測前未定義的屬性 ， 例如光子的偏振或電子的自旋 。 由于這些量子態(tài)在測量之前沒有明確的位置 ， 因此它們一次混合了許多不同的可能位置 ， 而不僅僅是兩個 。
然而 ， 盡管在測量之前是未定義的 ， 但這些混合狀態(tài)可以以數(shù)學(xué)上相關(guān)的方式與其他物體的狀態(tài)“糾纏” 。 通過將這種糾纏的數(shù)學(xué)原理應(yīng)用于算法 ， 復(fù)雜的問題基本上可以在一次操作中解決 。 一方面 ， 這可以用于非常困難的科學(xué) ， 例如預(yù)測化學(xué)反應(yīng)中的多個粒子相互作用或創(chuàng)建比當(dāng)前安全代碼更難破解的安全代碼 。 但相反 ， 它們也可以用來破解現(xiàn)有的代碼 ， 而這些代碼在當(dāng)前的計算機技術(shù)下是不可能被破壞的 ， 因為它們可以同時運行許多可能的解決方案 。
從這個角度來看 ， 傳統(tǒng)計算機將需要大約300萬億年 - 宇宙年齡的22000倍 - 才能破解2048位RSA加密 。 但是 ， 具有4099個量子位的量子計算機只需要10秒 ， 使用Shor算法 ， 該算法旨在找到加密密鑰中使用的整數(shù)的質(zhì)因數(shù) 。 很明顯 ， 對于許多形式的密碼學(xué)來說 ， 存在著一種危險 。 例如 ， 用于加密網(wǎng)絡(luò)連接的無處不在的SSL和TLS使用2048位RSA密鑰 ， 因此很容易被量子計算機破壞 。
目前的量子計算機有多快？好消息是 ， 我們還沒有達到這個階段 。 雖然當(dāng)我們現(xiàn)在擁有64核處理器時 ， 4099個量子位聽起來并不多 ， 每個核心每秒執(zhí)行超過30億次操作 ， 但它仍然比目前最強大的量子計算機更多 。 IBM的Eagle于2021年底亮相 ， 只有127個量子位 。 谷歌的Sycamore只有53個量子位 ， 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的九張有76肘 ， 大多數(shù)量子處理器（QPU）只有不到50個量子位 。 D-Wave的“量子退火”處理器高達5760個量子位 ， 但這些處理器需要一組有限的可能結(jié)果 ， 并且無法運行破解加密所需的Shor算法 。

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