量子芯片，距离破解公钥密码学还有多远？
量子芯片，距离破解公钥密码学还有多远？
量子计算的快速发展引发了对现有公钥密码学体系的担忧。Google最新发布的Willow芯片虽然目前还不能破解现代密码学，但其105个物理量子比特的计算能力已经引发了广泛关注。本文将探讨量子计算机破解公钥密码学所需的量子比特数量，以及业界正在采取的应对措施。
1. 引言
2024年12月12日，Google在其新闻中指出量子计算机终将彻底取代当今的加密系统。美国白宫在2022年发布的警告中提到，密码分析相关量子计算机（CRQC）能“危及民用和军事通信，破坏关键基础设施的监督和控制系统，并破坏大多数基于互联网的金融交易的安全协议”。为此，美国政府已下令各机构必须在2035年前过渡到新系统，以降低这种风险。
目前，Google的Willow芯片还不能破解现代密码学，但其具有相当于105个物理量子比特的计算能力。IBM在2022年11月18日发布了一款具有433个量子比特的处理器QPU。
目前最大的问题在于：破解公钥加密到底需要多少个量子比特？什么时候才有可能建造一台支持这些量子比特的量子计算机？
Craig Gidney和Martin Eker˚a在2021年发表的论文《How to factor 2048 bit RSA integers in 8 hours using 20 million noisy qubits》中指出：
- 对于RSA-2048需要2000万个量子比特
- RSA-4096需要5500万个量子比特
- RSA-8192需要大约1.4亿个量子比特
目前，许多公司正在考虑增加RSA密钥大小，以便至少可以多阻止几年量子破解。
2. 迁移
NIST已确定迁移时间为2030年，此后ECC和RSA将被弃用并最终于2035年移除。
- 当前的迁移方向是ML-KEM (FIPS 203)，以替代密钥交换 (ECDH) 和公钥加密 (RSA 和 ECIES)。
- 目前正在评估经典McEliece、HQC和BIKE作为ML-KEM的替代方案。
- 对于数字签名，迁移方向是ML-DSA (FIPS 204) 或SLH-DSA (FIPS 205)，FN-DSA (FIPS 206) 正在开发中。
- NIST目前正在评估一系列其他PQC签名。
3. 结论
到2035年，ECC和RSA很可能被量子计算机破解，尤其是随着量子处理器能力的提升。因此，行业需要为此做好规划。
参考资料
[1] Prof Bill Buchanan OBE FRSE 2024年12月15日博客Does Willow Cause a Major Risk to Public Key Methods?