【QIC】量子安全技术蓝皮书2024_158页_48mb

报告摘要

量子安全技术蓝皮书总结

核心内容

《量子安全技术蓝皮书》由量子科技产学研创新联盟牵头编写，联合多家科研机构与企业共同完成。该蓝皮书系统阐述了量子计算对现有密码体系的威胁，以及实现量子安全的多种技术路径，包括基于数学的抗量子计算密码算法（PQC）和基于量子物理的量子密码（如量子密钥分发QKD）。蓝皮书旨在凝聚学术界与产业界对量子安全技术的理解，并为信息系统向量子安全迁移提供指导和建议。

主要观点

量子计算的威胁
- 量子计算利用量子并行性和量子干涉等特性，可对传统密码体系构成严重威胁，特别是对基于大整数分解和离散对数问题的非对称密码（如RSA、ECC等）。
- Shor算法可指数级加速破解公钥密码，而Grover算法可平方级加速破解对称密码，因此需要对现有密码算法进行升级。
量子安全的实现路径
- 基于数学的抗量子计算密码（PQC）：通过构造基于数学难题的密码算法，如格密码、基于编码理论的密码、基于哈希函数的密码等，以抵御量子计算攻击。
- 基于物理的量子密码：如量子密钥分发（QKD），利用量子力学原理（如量子态不可克隆性）实现信息论安全，即便攻击者拥有无限计算资源也无法破解。
密码系统与密钥管理的重要性
- 密码系统安全性不仅依赖算法本身，还依赖密钥管理。密钥管理应与密码应用分离，以确保其独立性和安全性。
- 密钥管理是实现量子安全的关键环节，需特别重视其设计和实施。
量子安全的迁移与应用
- 信息系统向量子安全迁移是一个复杂且长期的过程，需结合具体行业需求进行规划。
- 金融、电力、电信、区块链等垂直领域已开始探索量子安全迁移方案。

关键信息

一、量子攻击催生量子安全

量子计算的加速能力对传统密码体系构成威胁，特别是Shor和Grover算法。
量子安全技术是应对这一威胁的必要手段，需在信息系统中全面部署。
密码系统需考虑“XYZ理论”，即数据需要保密的时间（X）、更新基础设施的时间（Y）和建造大规模量子计算机的时间（Z），以判断迁移时机。

二、量子安全技术与进展

1. 基于数学困难问题的抗量子计算密码

格密码：安全性基于格问题，如SVP和CVP，目前无有效量子攻击方法。NIST第三轮筛选中，基于格的算法如Kyber、Dilithium、Falcon等表现突出。
基于编码理论的密码：如McEliece算法，安全性基于纠错码的解码问题，目前也无有效量子攻击方法。
基于哈希函数的密码：如Merkle签名方案，安全性依赖哈希函数，目前无有效攻击方法，但存在密钥尺寸较大等问题。
多变量密码：基于有限域上的多变量二次多项式，安全性依赖MQ问题，但部分算法已被攻破。
基于超奇异椭圆曲线的密码：如SIKE，虽有较小密钥尺寸，但已被完全攻破。