加密保护您的数据

您是否想知道如何保证您的在线数据安全？这就是加密的作用所在。加密是一种使用秘密代码更改数据的过程。这些更改只能由拥有正确密钥的接收者解码和读取。

加密是保护敏感和个人信息安全的重要工具。使用加密的一些示例包括信用卡详细信息、消息和电子邮件，甚至医疗记录。

如今，加密在计算和数据传输中至关重要，但它的起源可以追溯到几千年前。加密的一些最早的例子可以在古埃及象形文字和美索不达米亚文字中看到。

希腊人和罗马人后来以更正式的方式使用加密。如果您想了解更多关于加密起源的信息，请考虑查看我们关于密码学基础的博客文章。

目前的加密方法旨在保护现有计算机环境下的数据。然而，量子计算技术的进步可能会导致开发出一种能够破解目前使用的一些加密方法的计算机。

在这篇博文中，我们将讨论量子计算机的运行方式以及后量子加密如何抵抗量子计算机攻击。

从比特到量子比特

从手机到大型组织使用的服务器，传统计算机都使用比特（0 和 1）来计算信息。存储介质（如磁盘驱动器、闪存和其他设备）也使用比特来存储信息。

相比之下，目前处于研发早期阶段的量子计算使用量子比特（或“量子位”）进行计算。与只能处于两种状态（0 或 1）之一的传统比特不同，量子比特可以同时处于多种状态。

这一特性使量子计算机能够比传统计算机更快地执行某些计算。

自然量子

量子计算领域有潜力为各个行业带来进步，但其应用可能有限。我们也许能够使用自然界中的例子来更好地理解这些用途和局限性。

例如，考虑找出水流过一系列管道的效率。这对于计算机来说可能是一项难以计算的任务，通过实验确定效率可能更容易、更简单。

在实验方法的情况下，我们通过自然发生来计算流动效率。通过建造一系列管道并让水流过它们，我们可以快速分析设计的效率，无需使用计算机！

这种实验方法是一些科学家使用量子比特的方法。他们利用量子比特粒子的自然属性来加快某些计算的运行速度。

由于量子比特可以同时处于多种状态，科学家可以同时运行许多计算。这大大提高了整体计算速度。

类似的思维实验可以应用于其他示例，例如将物体放入装满水的容器中来计算其体积。当物体浸入装满水的容器中时，“计算”会实时发生。同样，这里不需要计算机。

此外，我们可以扩大这个实验的规模，以测量非常大的物体的体积，而无需花费更多时间，也不需要任何计算机。我们只是利用了容器中水的自然特性。

量子计算机速度的大幅提升给现代加密带来了一个问题。在当今最好的加密方法中，计算机需要很长时间（数十亿年甚至更长时间）才能破解单个加密密钥。

然而，拥有足够多量子比特的量子计算机可以同时运行许多可能的加密密钥，从而在更短的时间内完成计算。这样的量子计算机目前尚不存在，但如果制造出足够大的量子计算机，一些加密方法就有可能很快被破解。

我们现在所理解的量子计算应用通常是物理宇宙中观察到的“自然”问题。将这些相同的原理应用于一些最常见的计算机科学概念（例如使用列表、数组和函数）并不那么直观。

在许多情况下，使用量子计算机可能是完全不可能或不切实际的。

人们认为量子计算可能有益的领域包括药物研发、优化金融投资组合、气候预测和解决复杂的物流问题。然而，由于量子计算机的运行方式与传统计算机有着根本的不同，因此目前尚不清楚它们将有何种程度的应用。

加强保护

目前加密方法中使用的数学运算过于复杂，目前的计算机无法及时解决。未来，预计量子计算机将能够进行这些计算并破解某些类型的现有加密保护。

那么，我们该如何保护我们的信息不被量子计算机攻击呢？后量子密码学（也被称为抗量子密码学）就是为此而生的。

后量子密码学是“既不受传统计算机攻击又不受量子计算机攻击的加密”的另一种说法。这些算法被设计成即使在量子计算面前也是安全的，它们旨在取代目前易受量子计算机攻击的加密方法。

后量子密码学通常涉及使用数学问题，这些问题被认为对于传统计算机和量子计算机来说都很难解决。这些问题的例子包括基于结构化格子的密码学和基于哈希的密码学。

后量子密码学方法的优点在于，它们被设计为可以在所有类型的设备上运行，从高端服务器到小型物联网设备，以及介于两者之间的一切。

目前，量子计算和后量子密码学的研究正在进行中，各个领域都在取得进展。开发量子计算机的方法有很多种，例如超导量子比特、离子阱、光子学和拓扑量子比特。

这些平台的稳定性和可扩展性各不相同，但它们都有潜力用于构建有用的量子计算机。

在撰写本文时，一些公司已经成功创建了基于电路的量子计算机，其规模达到数百个量子比特。

了解原子成分

我们可以做些什么来保护我们自己和我们的数据免受量子计算机及其功能的发展的影响？过去几年来，美国国家标准与技术研究院 ( NIST ) 一直与密码界合作，选出后量子密码标准的最佳算法。

四种后量子密码算法正在标准化，其他技术仍在考虑中。

除了NIST在标准化方面的工作外，加拿大政府还于 2022 年发布了国家量子战略( NQS ) 。NQS旨在使加拿大成为量子计算硬件和软件领域的世界领先者。

它还致力于保护加拿大人在量子世界中的隐私，并支持政府和行业开发和采用量子传感技术。

该战略强调，随着我们进入量子计算时代，联邦政府将需要与研究人员、行业和其他政府密切合作，以确保加拿大数据的安全。

各国政府仍在努力了解量子计算的政策影响。随着这些技术的进步，隐私专员办公室在保护加拿大人的隐私方面发挥着重要作用。

随着算法标准化并可供实施，行业开始转向使用量子安全算法将变得非常重要。对于包含敏感和个人信息的数据尤其如此。

个人和企业应继续关注后量子密码学的更新，以及如何使用它来改善隐私保护。

经典与量子：纠缠的世界

综上所述，加密是保护数字世界中敏感信息的重要工具。然而，量子计算的兴起可能会使一些当前的加密方法变得脆弱。

后量子密码学旨在用能够抵抗量子计算的密码学取代当前的加密方法。

总体而言，在量子计算面前，加密和数据安全的未来还是有理由乐观的。

随着后量子密码学和相关量子计算领域的研究不断深入，我们可以期待看到新的密码算法和技术能够抵御量子计算机的攻击。

虽然量子计算可能给加密带来新的挑战，但它也为许多重要领域的进步和创新提供了机会。