NIST发布后量子加密标准，应对Grover算法威胁

NIST发布后量子加密标准，应对Grover算法威胁

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来源

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https://www.optimatech.com.hk/en/quantum-computings-impact-on-cryptography/

2024年8月，美国国家标准与技术研究院（NIST）正式发布首批后量子加密标准，包括FIPS 203、FIPS 204和FIPS 205三项标准，旨在应对量子计算技术，特别是Grover算法对传统公钥加密系统的威胁。这些标准的发布标志着全球信息安全领域迈入了一个新的时代。

随着量子计算技术的快速发展，传统的加密算法面临着前所未有的挑战。Grover算法作为量子计算领域的重要突破，能够将暴力破解对称加密算法的时间复杂度从O(2^n)降低到O(2^(n/2))。虽然这主要影响对称加密算法，但对公钥加密算法也构成了潜在威胁。

更令人担忧的是，Shor算法可以高效解决大数分解和离散对数问题，这直接威胁到RSA和椭圆曲线密码学（ECC）等公钥加密算法的安全性。一旦实用的量子计算机问世，这些广泛使用的加密技术将变得脆弱不堪。

为应对这一挑战，NIST历时八年，经过全球密码学专家的共同努力，最终确定了首批后量子加密标准。这些标准基于不同的数学问题，旨在同时抵抗传统计算机和量子计算机的攻击。

• FIPS 203：基于CRYSTALS-Kyber算法，是一种基于网格的密钥封装机制（Module-Lattice-Based Key-Encapsulation Mechanism）。它支持后量子加密（PQC），且具有相对较小的密钥和便捷的功能，很可能成为通用加密的标准。

• FIPS 204：基于CRYSTALS-Dilithium算法，即基于模块晶格的数字签名算法。作为数字签名的主要标准，它能够支持更大的签名和公开密钥，同时提供比现代算法更快的验证速度。

• FIPS 205：使用Sphincs+算法，即无状态基于哈希的数字签名算法。这种算法基于与前两种不同的数学方案，目的是作为FIPS 204的辅助方法，以防它被证明是脆弱的。

新标准发布后，科技巨头迅速做出反应。微软率先宣布采用新标准进行抗量子加密部署。谷歌也不甘落后，宣布将在Chrome 131版本中采用ML-KEM标准，取代实验性的Kyber算法。这些举措表明，行业已经认识到量子计算威胁的紧迫性，并开始积极应对。

尽管NIST的新标准为应对量子计算威胁提供了有力工具，但实际部署仍面临诸多挑战。目前，证书颁发机构（CA）还缺乏兼容的硬件安全模块（HSM）来支持后量子安全证书。此外，迁移成本和业务中断风险也是企业需要考虑的重要因素。

2015年图灵奖得主、IBM的密码学专家Whitfield Diffie指出：“历史上的加密技术迁移耗时近20年才完成，而量子安全加密的迁移将比以往任何时候都要复杂，因为它涉及到重新设计众多安全协议和更新基础设施。”

专家预测，实用的量子计算机可能在5到10年内问世。考虑到迁移过程的复杂性，各组织需要立即制定量子安全的转型策略。这不仅是为了保护未来的数据安全，还要应对当前已经存在的“先存储，后解密”威胁。网络犯罪分子可能已经在存储有价值的数据，等待量子计算技术成熟后进行破解。

总之，NIST发布的后量子加密标准为应对量子计算威胁提供了重要工具。然而，要真正实现量子安全，还需要整个行业的共同努力。从硬件制造商到软件开发商，从企业到政府机构，都需要积极参与这场量子安全转型。只有这样，我们才能在量子计算时代到来之前，建立起坚实的安全防线。