量子计算及量子加密技术需要重新思考与推进 | 智能技术

发布日期:2019-08-29 10:00
量子技术--包括量子计算、超灵敏量子探测器和量子随机数发生器是当今人工智能领域的先锋。然而,可以追溯到20世纪80年代的最早的量子应用之一,在任何广泛的商业推广中仍然显得非常遥远。尽管进行了数十年的研究,但如何扩展量子加密技术以保护大众的真实数据和通信并不存在可行的路线图。



这并不是说量子加密技术缺乏商业应用。现在,少数在美国、中国、奥地利和日本的公司正使用量子加密技术保护网络的访问权。根据最近的一份行业报告,六家创业公司和东芝公司正致力于为政府,大型公司(包括银行和金融机构)以及中小型企业提供量子加密技术。但这些早期客户可能永远无法提供足够的需求来扩展这些服务。

西北大学物理与电气和计算机工程教授Prem Kumar说: “绝大多数人并不真的想为新型密码技术支付任何费用。所以这是其中一个Catch-22。当用户量太少时,你不能通过大量工程来降低成本。”

从实用的角度来看,量子密码学似乎不仅仅是物理上复杂和昂贵的--并且对于许多应用来说,很大程度上是可忽略的--可以很快安全地提供加密密钥的方法。

这部分是因为传统的加密技术依赖于现有的计算机网络和硬件,实现成本非常低。量子加密需要一个全新的基础设施,包括精密的单光子探测器和光源,以及专用的光纤线路。因此,它的高价格必须被它可以以某种方式提供的经过验证的安全利益所抵消--这种利益至多仍然是理论上的。

这不是故事的预期结果。在20世纪80年代和90年代,量子物理学似乎准备为传统的基于数学的密码学提供终极冲击和反击。量子计算机正在摧毁传统的公钥密码算法,如RSA。

但是,人们认为量子物理学也会受到拯救。量子密码学提供了一种基于物理的加密系统,它可能取代数学密码学,否则在密码失败的量子计算机世界中会遇重大的麻烦。

不过,数学可能会笑到最后。一个新兴的数学子领域,有一些误导性的名称“后量子加密”现在似乎更适合提供可以承受量子计算机攻击的强大且可广泛扩展的密码系统。(实际上,后量子密码与量子加密无关。它是关于开发量子计算机无法解决的传统数学密码术。)

“对我来说(量子密码学)似乎是我们没有真正拥有的问题的解决方案。” 位于纽约的网络安全公司Trail of Bits的安全工程师Ben Perez说。“我认为量子密码学不会成为改变游戏规则的人。” 

也就是说,Trail of Bits首席执行官Dan Guido表示,即使是推测性的后量子加密实施也远远领先于许多商业客户。

“我不认为这是在大部分人的需求清单上,我不认为它是被需要的。”Guido说。“我认为他们忽视它是正确的。它现在是一群专业专家的领域。我们的大多数客户来找我们,他们很难绑鞋。他们中很少有人准备参加Ninja Warrior比赛--并且处于如此良好的状态,以至于担心在30年的时间范围内可能会或可能不会出现明显的威胁。”

宾夕法尼亚大学电子和系统工程助理教授Lee Bassett表示,即使公司已准备好在今天采用它,量子加密也无法扩展以取代传统加密在商业、金融、银行、政府、商业和互联网运营中的重要作用。

“量子加密技术不会很快取代传统加密技术。”巴塞特说。“到目前为止,我们可以提供技术支持,直到我们能够提供所需的网络骨干网。”然而,他补充说,不同名称下的相同量子密码系统对于推出未来量子计算机所需的一些后续步骤可能至关重要。

“允许你做量子加密的相同技术也将允许你建立网络量子计算机。”巴塞特说。“或者让你拥有模块化的量子计算机,这些计算机具有不同的小量子处理器,它们都相互通信。他们彼此交谈的方式是通过量子网络,并使用量子密码系统将使用的相同硬件。“

具有讽刺意味的是,量子密码学的内涵有朝一日可能会帮助将较小的量子计算机串联在一起,制造出可以打败的大规模量子信息处理器。在这种情况下,后量子加密最好做好准备。