三星|量子计算如何改变网络安全三星

文章图片

量子计算在计算性能上的巨大飞跃可能对传统的网络安全构成巨大威胁，但仍然可以采取一些措施来保证量子未来的网络安全。

量子计算听起来仍然像科幻小说中的领域，量子计算可以比目前最快的超级计算机快一亿倍以上执行计算，这将对解决科学中的重大问题产生巨大的积极影响。
但所有技术都是双刃剑：用传统计算机破解需要数千年时间的加密，可能会在几分钟内甚至几秒钟内被量子计算机破解。一些商业和个人数据在未来仍将保持敏感。因此，需要使用面向未来的数据加密方式来抵御量子计算攻击。
量子计算的工作原理与现有的“冯·诺依曼”机器相比，量子计算性能的提高是一个巨大的飞跃。传统的计算机芯片仍然基于约翰·冯·诺依曼（John Von Neumann）设计并于1945年发表的计算概念。在此系统中，每个操作都是按顺序执行的，方法是从输入设备读取，在逻辑处理器上工作，然后再次输出回存储。
即使是大规模并行的超级计算机也以这种方式工作。如果它们同时执行数千个操作，则每个操作仍由 CPU 内核按顺序执行。 GPU比CPU更简单，但它们也包含顺序单元，尽管对更多单元的并行化程度要高得多。传统计算也适用于位，它们具有两种状态 - 通常表示为0和1 。输入将是一个状态，操作后输出将相同或另一个状态。随着问题变得越来越复杂，计算的可能性越来越多，将它们分解为单独的顺序计算可能意味着它们远远超出了当前架构的能力。

这不是量子计算机的工作方式。量子计算机不是包含大量单独的计算内核来并行运行单个位的顺序操作，而是在测量对象状态的概率之前对其进行处理。这些状态被称为量子比特，是物体在检测前未定义的属性，例如光子的偏振或电子的自旋。由于这些量子态在测量之前没有明确的位置，因此它们一次混合了许多不同的可能位置，而不仅仅是两个。
然而，尽管在测量之前是未定义的，但这些混合状态可以以数学上相关的方式与其他物体的状态“纠缠” 。通过将这种纠缠的数学原理应用于算法，复杂的问题基本上可以在一次操作中解决。一方面，这可以用于非常困难的科学，例如预测化学反应中的多个粒子相互作用或创建比当前安全代码更难破解的安全代码。但相反，它们也可以用来破解现有的代码，而这些代码在当前的计算机技术下是不可能被破坏的，因为它们可以同时运行许多可能的解决方案。
从这个角度来看，传统计算机将需要大约300万亿年 - 宇宙年龄的22000倍 - 才能破解2048位RSA加密。但是，具有4099个量子位的量子计算机只需要10秒，使用Shor算法，该算法旨在找到加密密钥中使用的整数的质因数。很明显，对于许多形式的密码学来说，存在着一种危险。例如，用于加密网络连接的无处不在的SSL和TLS使用2048位RSA密钥，因此很容易被量子计算机破坏。
目前的量子计算机有多快？好消息是，我们还没有达到这个阶段。虽然当我们现在拥有64核处理器时， 4099个量子位听起来并不多，每个核心每秒执行超过30亿次操作，但它仍然比目前最强大的量子计算机更多。 IBM的Eagle于2021年底亮相，只有127个量子位。谷歌的Sycamore只有53个量子位，中国科学技术大学的九张有76肘，大多数量子处理器（QPU）只有不到50个量子位。 D-Wave的“量子退火”处理器高达5760个量子位，但这些处理器需要一组有限的可能结果，并且无法运行破解加密所需的Shor算法。