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後量子密碼學的作用是什麼？
後量子密碼學（PQC）的作用是保護數碼通訊免受量子電腦帶來的威脅。量子計算能夠攻破RSA、ECC等傳統密碼學方法，威脅數據安全與私隱。PQC採用抗量子算法實現數據的長期安全保障。美國國家標準與技術研究院（NIST）已將CRYSTALS-Kyber、Dilithium等算法標準化，用於保護加密與簽名安全。企業必須開始向PQC遷移，透過混合數碼證書與主動策略應對量子威脅，確保數據得到長期保護。
後量子密碼學的作用與準備時機
量子計算已不再是科幻作品中的內容。近年的相關進展已引發安全專家的擔憂。一台性能足以攻破現今密碼算法的量子電腦，可能僅需10到15年就會成為現實。
各類機構必須應對這一新型威脅。值得慶幸的是，後量子密碼學（PQC）目前已經可用，可幫助機構完善自身數據安全措施，以應對步步進逼的「量子末日.
接下來我們將逐一介紹：量子計算對網絡安全的影響、傳統密碼學為何無法抵禦量子威脅、什麼是PQC、PQC的不同類型、如何落實抗量子解決方案、何時開始為量子安全密碼學做準備，以及相關入門路徑。
認識量子計算
量子計算利用量子力學原理執行任務、解決問題，其運算速度是當前我們使用的傳統電腦無法企及的。傳統電腦採用二進制比特（即0和1），而量子電腦採用量子比特（qubit），可同時處於多種狀態。
量子電腦擅長大數分解、非結構化數據庫搜索、量子系統模擬等任務。與採用順序執行模型的傳統電腦不同，量子電腦可並行執行海量計算。其前所未有的運算速度可輕易攻破現今的加密方法——比如Rivest-Shamir-Adleman（RSA）、橢圓曲線密碼學（ECC）以及數碼簽名算法（DSA）這類互聯網安全通訊的基礎——進而對數據安全與私隱構成重大威脅。
傳統密碼學的脆弱性
RSA與DSA採用的算法需要求解複雜數學方程，當中涉及的可能性數量極為龐大，即使是性能最強的傳統電腦，也幾乎無法在合理時間內破解其加密內容。ECC採用相同的設計思路，但以橢圓曲線數學算法實現。
隨着運算能力不斷提升，RSA和DSA面臨與密鑰長度相關的安全隱患，而ECC如果選用的曲線不當，亦有可能引入漏洞。量子計算領域的進展意味着量子電腦的性能即將發展至足以破解支撐現今加密算法的數學問題的水平。
為紓緩這項威脅，我們必須開發並採用PQC算法，抵禦量子電腦的攻擊，保障數據的長期安全。
甚麼是後量子密碼學？
後量子密碼學是一系列密碼技術與算法，旨在解決傳統密碼學存在的安全漏洞。
PQC算法可在未來量子電腦能夠高效破解傳統密碼方案的場景下，保障數碼通訊與數據交換的長期安全性和私隱性，對於維護數據的機密性、完整性與真實性至關重要。透過遷移至抗量子算法，機構可對其安全措施進行前瞻性部署，保護敏感資訊免受量子威脅。
NIST在量子密碼領域的角色
美國國家標準與技術研究院（NIST）發起了一場公開競賽，以篩選並標準化一套可抵禦量子電腦破解的新型密碼「原語」。這些經過充分驗證、具備實用性的後量子算法，採用了與RSA、ECC底層數學問題有本質區別的數學技術，能夠在存在量子威脅的環境中保護敏感數據。
最終入選的算法共有四個：CRYSTALS-Kyber算法用於存取安全網站的通用加密場景；CRYSTALS-Dilithium、FALCON和SPHINCS+支援數碼簽名或遠端文件簽署場景。NIST建議將Dilithium作為主要使用算法，FALCON則適用於對簽名體積有要求、需要更小簽名的場景。
後量子密碼學的類型
目前構建抗量子密碼體系的技術路線有很多，以下是最常用的幾類：
- 基於編碼的密碼學 採用糾錯碼，基於對特定線性碼解碼的計算難度實現，例如McEliece密碼系統。
- 基於哈希的密碼學利用哈希函數構建安全的數碼簽名與認證協議，通常採用Lamport-Diffie、Merkle簽署方案等一次性簽名（OTS）方案。
- 多變量多項式密碼學 以求解多變量多項式方程組的計算難度為基礎，當中較為知名的方案是非平衡油醋（UOV）系統。
- 基於格的密碼學依賴多維空間中特定格相關問題的計算難度，目前主流的格基方案包括NTRUEncrypt和NTRUSign。
如何落實抗量子解決方案
各類機構必須立刻着手為「量子末日」風險做準備，透過適配量子安全數碼證書部署抗量子算法。這類證書採用後量子密碼算法保護數據安全，在存在量子威脅的環境下保障通訊雙方的互動安全。
在抗量子算法逐步普及、傳統加密方法仍被廣泛應用的過渡階段，企業應採用混合數碼證書確保順利遷移。混合數碼證書結合傳統密碼方法與後量子密碼方法，在保障兼容性與互操作性的同時覆蓋各類安全場景，支援分階段遷移過程不會出現安全短板。
企業應在何時、以何種方式為量子密碼應用做好準備
如果您依賴傳統密碼學，一旦量子電腦發展到能夠破解這類密碼體系的程度，您的敏感數據和安全通訊就可能遭到泄露，繼而引發數據泄露事故、客戶信任受損、監管罰款以及品牌聲譽受損等問題。
因此，企業應主動採取行動為量子計算威脅做好準備，原因在於部署抗量子安全措施是一個長期過程。由現在開展相關工作，可協助您提前防範潛在安全風險，在量子計算真正構成威脅時做好充分準備。
儘管量子計算威脅的來臨時間尚未確定，但了解以下三個階段可協助您規劃向抗量子加密方法的遷移：
- 近期（5-10年）： 量子電腦暫時還不具備普遍破解傳統加密的足夠算力，但其技術正在快速發展。
- 中期（10-20年）： 量子電腦可能會對部分加密方法構成威脅，此時就需要向後量子密碼學遷移。
- 長期（20年以上）： 量子電腦或許能夠破解絕大部分傳統加密算法，此時抗量子解決方案將成為必需。
您的準備程度取決於以下三個參數：
- 數據保護有效期： 數據需要被保護的年限。
- 遷移周期： 遷移資訊防護系統所需的時間。
- 威脅時間線：威脅行為者可取得具備密碼破解能力的量子電腦之前的剩餘時間。
您的實施方案需確保數據保護有效期與遷移周期之和短於量子威脅來臨的時間線。
克服後量子密碼學解決方案落地的挑戰
不為量子威脅做準備會帶來重大安全風險，各機構絕不能忽視部署PQC解決方案的重要性。
在規劃遷移時，需考慮支援相關研究、軟硬件升級以及人員培訓的變革成本。具體支出規模取決於您的機構規模和基礎設施複雜度，但這項投入是保障長期數據安全的必要舉措。
請隨着量子計算的發展持續調整您的網絡安全措施。例如，跟進量子技術進展、評估抗量子算法的成熟度、及時了解數碼通訊安全領域的最佳實踐。此外，應推動員工、合作夥伴和客戶採取主動防護措施，共同實現長期數據保護。
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