什么是后量子密码学？关于这一迫在眉睫的威胁，您需要知道的一切

每当您使用信用卡在线购物、在手机上安装更新或向同事发送机密文件时，互联网安全协议都会帮助保护您的数据安全。这些加密系统使用传统计算机难以破解的算法，每天保护数十亿笔交易和通信。即使是拥有最强大超级计算机的黑客，也需要数百万年才能找到正确的密码。

但有了一种名为量子计算机的新设备，他们可以在数小时内破解密码。虽然这些机器有可能帮助科学家发现大片药物或设计高效电池，但它们也可能让犯罪集团或国家支持的黑客破坏数字安全的基石。

虽然量子计算机不会带来直接的危险，但威胁确实存在，而且还在不断增加。明智之举是现在做好准备，而不是事后惊慌失措。

量子计算机是一种新型技术，它利用量子物理学原理来解决当今计算机极难甚至不可能解决的问题。与传统计算机一样，它们使用比特存储信息，通常用 0 和 1 表示。

在普通计算机中，这些比特是通过开或关的电信号创建的。而量子计算机使用的是被称为量子比特的微小粒子。得益于一种名为叠加的量子特性，量子比特可以同时处于 0 和 1 的混合状态。这使得量子计算机可以同时探索许多可能的解决方案，而不是一次只探索一个。

量子计算之所以强大，是因为它的工作方式与传统计算机完全不同。量子位可以同时表示多种可能性，这意味着量子计算机可以同时处理大量潜在的解决方案。

这使得计算能力呈指数增长：每新增一个量子比特，计算机可处理的状态数量就会增加一倍。例如，两个量子位可以代表四种组合，三个量子位可以代表八种组合，而 50 个量子位可以代表超过四万亿种组合。这使得量子计算机在模拟分子、破解加密或解决复杂的优化问题等任务中大有可为。

量子计算的危险在于，它可能破解保护我们数字世界的加密系统，包括网上银行、电子邮件和安全网站。敏感信息会被暴露，金融系统会受到破坏，整个行业的数字骨干网也会遭到破坏。

加密的原理是将敏感信息转换成一种格式，不掌握密钥（一种用于扰乱和解扰数据的代码）的任何人都无法读取。当今的许多加密算法都依赖于单向函数，单向函数的计算要比反向函数简单得多。例如，计算机可以在几分之一秒内完成两个 40 位质数的乘法运算，但要从运算结果中确定因数，则需要天文数字般的暴力猜测。这一难题构成了数字安全的基础：一旦这些算法加密了计算机用来表示信息的数字串，没有密钥就几乎不可能逆转操作。

然而，通过同时测试大量可能的解决方案，量子计算机可以突破这一数学障碍，特别是借助算法提高这一过程的效率（但对于经典计算机来说仍然太耗时）。超级计算机可能需要数百万年才能破解一个现代密码系统，而拥有 2000 万量子比特的量子计算机可以在 8 小时内完成这项工作。

肖尔算法由彼得-肖尔（Peter Shor）于 1994 年提出，它能让量子计算机以比经典计算机快数倍的速度对大数进行因式分解，这将打破广泛用于数字安全的 RSA 等加密系统的数学基础。

专家认为，量子计算至少在 10 到 20 年内不会对密码学构成威胁。这些计算机很难制造和运行。目前的模型最多包含 1,000 个量子比特，还没有明确的路线可以扩展到破解当今加密系统所需的数量。

然而，与任何新兴技术一样，突破可能总是迫在眉睫。各国政府和大型企业都在支持建造大型量子计算机的探索，并且不断取得进展。

量子计算目前还不构成威胁，但不良分子可能会利用传统方法获取数据，以应对量子计算机的出现。在一种名为 "先收获，后解密"（HNDL）的策略中，攻击者可能已经在窃取加密信息，以便在大规模量子计算机普及后进行解码。