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大多数人没有意识到这一点,但是这个世界是用密码学来运行的。从即时通讯应用到网上银行和现代战争,安全通信的艺术和科学是必不可少的。今天,密码学依赖于一些非常安全的算法,即使他们能够获得地球上所有的计算能力,宇宙的热死也会在任何人能够打破它们之前发生。

问题是计算的性质正在迅速变化。今天的数字计算机最终将让位于明天的新的、更先进的计算机。所谓的量子计算机将比当今最快的超级计算机强大得多。虽然它们具有促进前所未有的科学进步的潜力,但它们也有可能使当今最强大的加密标准过时。

密码启示录的威胁,其中每个人的私人信息由于大型量子计算机的到来而变得不安全,不再是“IF”的问题,而是“什么时候”的问题。感知的必然性使安全研究人员锁定在一个高风险的竞赛中,在第一个大规模量子计算机的曙光到达现场之前,开发出了抗量子密码技术。

滑铁卢大学量子计算研究所(UniversityofWaterlooSInstituteforQuantumComputing)的创始人米歇尔·莫斯卡(MicheleMoSCA)通过电子邮件告诉我,量子计算机抽取(而只是削弱)目前部署的公钥密码技术。正如我们目前的系统增加的密钥规模并不是一个解决方案。我们需要全新的公共密钥系统,这可能会在十年内进行得很好。”

与使用二进制比特(即,1或0)的处理信息的普通计算机不同,量子计算机在量子比特中的业务量,这允许它们同时编码信息为1、0或两者。当解决复杂的数学问题时,这就给了他们一个巨大的问题(通常为天文大量的保理素数),这些问题是RSA的原因,或者是公钥密码。这种类型的加密允许人们使用公钥对发送到它们的消息进行加密,然后他们可以使用与该公钥配对的私有密钥对其进行解密。

为了解决这一迫在眉睫的安全问题,麻省理工学院的SethLloyd等量子信息研究人员正在探索替代加密方法,该方法将能够抵御量子计算机能够进行的蛮力攻击。去年,劳埃德和他的同事创建了第一个“量子谜机”原型,这是一种先前假设的设备,能够以保护信息不受量子攻击的方式加密。这个装置通过改变光子波的特性来编码消息,例如它的振幅或波长。

通过在量子信道本身中编码信息,劳埃德和他的同事们实际上保证不可能破裂。传送信息的信道中的任何干扰--例如光纤-将导致光子波降级并且要被破坏的消息。换言之,光子波的编码信息使得不可能窃听对话。具有量子计算机的NE“ER-DO-Well”仅在成功解码消息之前在其恶化到恢复之后成功地进行了一次拍摄。这不同于传统的加密,攻击者可以拦截加密的消息,存储它,并使用量子计算机来解密代码。

现在,Lloyd和他的同事开发的设备仍然是高度实验性的,但这也是我们必须从未来的量子攻击防御信息的最佳方式。其它方法,如量子密钥分布,也是有前景的,但仍比谜机器更安全。量子密钥分发本质上使用光子的量子特性(诸如其自旋状态)作为密钥来加扰消息,然后通过传统的非量子信道发送该消息。

当我们期望看到一个功能的大型量子计算机时,它是不确定的。当我在2015年与MOSCA交谈时,他估计有1-7-7的机会,我们将在2024年之前看到一个大规模的量子计算机。但在今年9月我和他说话的时候,他说这更有可能了。

"在减少中断[加密标准]RSA2048所需的物理资源方面以及在开发设计为容错和可扩展的物理系统方面都取得了许多积极的进展,"Mosca告诉我."所以我的10年的估计在6个月内被推升为1。"

考虑到去年只有严格地概述了大规模量子计算机的蓝图,MoSCA的预测似乎相当乐观,但他说,它是基于在20年追踪量子计算机发展的基础。在任何情况下,确保我们不会受到未来密码启示录的影响的唯一方法是在太迟之前解决这个问题。