『壹』 一文讀懂後量子加密（PQC）
技術的前進雖推動了社會的發展與變革，但也帶來了嚴重的安全挑戰，量子計算即是其中一項可能對將來構成重大威脅的技術。由於其強大的處理能力，黑客可能利用量子計算解密敏感信息、侵入銀行賬戶、隨意轉移資金以及監控企業網路，這些行為極大地影響了數字平台的信任度。
因此，確保信息安全至關重要，密碼學正是保護通信和數據安全的關鍵工具。通過使用復雜的代碼或演算法，密碼學確保只有持有正確解密密鑰的人才能訪問信息，有效阻止非法訪問。
密碼學的強項在於它能保證數據在傳輸過程中的完整性未被篡改，這對於維護信任至關重要。它還開發了防止實體否認其信息或文件真實性的機制，並提供了安全的通信渠道。考慮到量子技術的復雜性和先進性，密碼學也必須不斷進步以應對這些挑戰。
後量子密碼學是一種設計用來抵禦基於量子計算機的攻擊的演算法。在深入探討後量子密碼學的工作原理和功能之前，我們首先需要理解量子計算的基本工作方式。
量子力學被認為是解釋所有物理現象行為的關鍵理論，即便是計算機的運行也受到這一理論的影響，盡管這些計算機並非量子計算機。
量子計算機利用內部狀態的特殊變換來執行計算，這些變換依據量子力學的規則在嚴格控制的條件下進行。在量子計算機的物理系統中，必須對每一個邏輯比特進行精確編碼，以防止任何未經程序控制的物理交互發生。這種交互，即便看似與經典系統無關，都可能對量子計算機造成災難性的影響。這一概念基於蘭道爾的見解，即所有信息最終都是物理信息——無論是經典計算機中的二進制信息，還是記錄在物理系統中的信息。
量子比特及其能夠處於疊加狀態的特性至關重要，它大幅提高了處理特定任務的能力。此外，量子計算還依賴於量子糾纏這一核心原理，它允許量子比特即使相隔遙遠也能相互影響，這對提升計算效率和改進錯誤修正機制至關重要。這種機制能夠增強正確的計算路徑並剔除錯誤的路徑，從而提高系統的總體效率。
這些量子計算機通過操縱量子比特來進行計算，利用其獨特的特性以超越傳統計算機的方式處理信息。這些系統需要極低的溫度，並與所有外部環境隔絕，以確保量子態的保持和避免退相干——這是一項極其挑戰性的任務。
對這些挑戰的解決方案將推動量子計算在密碼學、葯物開發和優化挑戰等領域的變革。多年來，研究工作一直集中於尋找解決方案，並且對量子計算可能對網路安全（特別是在密碼學領域）帶來的影響進行了深入研究。
例如，RSA演算法是最流行和廣泛使用的加密演算法之一，它由Rivest、Shamir和Adleman開發，是公司如諾基亞和微軟等提供的安全基礎設施的核心組成部分。高級加密標准（AES）則是另一種廣泛採用的加密技術，主要用於客戶端和伺服器端的數據加密，類似於加密網路流量。
然而，量子技術能夠在短短8小時內破解長達2048位的RSA加密，這突顯了量子計算面臨的挑戰及其潛在影響。量子計算的加速在於量子比特的特性，它可以同時存在於多個狀態，這種現象也稱為量子並行性，顯著提高了解密速度。
數字基礎設施安全方面，大多數系統目前採用安全套接層（SSL）和傳輸層安全（TLS）協議來確保服務的認證、完整性和保密性。這些協議依賴於復雜的對稱加密演算法來加密數據並生成消息認證碼（MAC）。量子演算法，如肖爾演算法，能夠高效處理大整數並破解加密，類似於RSA演算法（通常用於密鑰交換）。
量子演算法的進展，如Grover演算法，可能將密鑰的理論有效性降低一半，這意味著256位密鑰的安全性可被視為等同於128位密鑰。這些發展凸顯了該領域面臨的嚴峻挑戰，以及為什麼需要加強研究，以確保更好的保護措施。
後量子密碼學（PQC）及量子密碼學領域已經開發出了多種密碼學技術和演算法，顯著提升了對抗量子威脅的能力。與量子密碼學不同，後量子密碼學並不依賴於任何基於量子特性的數學問題。其重點在於避免使用整數因式分解和離散對數問題來加密數據。
例如，基於編碼的密碼學利用了糾錯碼理論，依賴於隨機生成的線性編碼的解碼難度。另一種方法是基於同源的密碼學，涉及到橢圓曲線之間的非常數映射，可通過多項式形式表達。基於格的加密技術是最為突出和可靠的，它基於一個無限延伸的點構成的高維數學結構。在所有這些技術中，基於格的加密技術被認為是最可靠和有效的。
美國國家標准與技術研究院（NIST）在開發和標准化抗量子加密技術方面扮演著至關重要的角色。NIST啟動了一個專門項目，旨在開發能夠抵禦量子計算攻擊的後量子加密（PQC）演算法，以保護數字基礎設施免受量子技術帶來的復雜性和挑戰。
NIST開發了多種技術和方法以增強和維護數字基礎設施的安全性和完整性，並確保通信的順暢進行，不受量子技術進展的干擾。從眾多候選演算法中，有四種演算法被選定為標准化演算法。這些演算法各具特色，包括基於公鑰封裝技術的演算法和三種數字簽名方案，被視為保護安全免受量子威脅的重要一步。
總的來說，後量子加密（PQC）在保護數字通信、數據存儲和在線交易免受潛在量子攻擊方面取得了顯著進展。通過放棄傳統的策略和數學方法，採納更復雜的數學模型，PQC加強了數字安全，確保了加密信息的保密性和防篡改性。雖然量子技術尚處於發展階段，但鑒於其潛在的攻擊應用，開發能夠對抗量子計算力的技術變得尤為重要。