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昨日，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）公布了新一輪（第四輪）后量子密碼學(xué) (PQC) 數(shù)字簽名方案的候選者，其中包含了40個(gè)簽名候選。

01. 公鑰加密存在風(fēng)險(xiǎn)

近日，IBM通過(guò)一個(gè)“基準(zhǔn)”實(shí)驗(yàn)表明，量子計(jì)算機(jī)將在2年內(nèi)產(chǎn)生有用的應(yīng)用。

這一消息釋放了一個(gè)重大的信號(hào)，也就是說(shuō)，商用大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)即將來(lái)臨，同時(shí)，也將帶來(lái)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，比如公鑰加密。

公鑰加密尤其會(huì)受到量子計(jì)算機(jī)的攻擊。當(dāng)前最著名，應(yīng)用最廣泛的公鑰密碼系統(tǒng)是ECC和RSA加密。

ECC的安全性基于橢圓曲線離散對(duì)數(shù)問(wèn)題的難解性，而RSA密碼的安全性是基于大數(shù)的質(zhì)因數(shù)分解的難解性。

ECC和RSA都容易受到量子計(jì)算機(jī)的攻擊。

Shor算法是一種非常著名的量子算法，它能在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)有效的完成大整數(shù)質(zhì)因數(shù)分解， ECC和RSA也正是依賴于此才難以破解。

這樣的攻擊威脅到了許多使用公鑰密碼的程序，比如TLS,S/MIME,PGP,GPG和數(shù)字簽章。

如果Shor算法應(yīng)用在量子計(jì)算機(jī)上，并且量子比特足夠多的時(shí)候，它能夠破解橢圓曲線數(shù)字簽名算法（ECDSA）,它是構(gòu)建比特幣，以太網(wǎng)和許多其他區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)共鑰簽章算法。

02. 后量子密碼的重要性

后量子密碼是指能夠抵抗量子計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)有密碼算法攻擊的新一代密碼算法。

它是在推動(dòng)加密算法中抗量子原語(yǔ)使用方面一個(gè)非常活躍的研究領(lǐng)域。其目標(biāo)是保護(hù)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施免受傳統(tǒng)和量子算法的攻擊。

后量子加密的一個(gè)很重要的考量是與現(xiàn)有技術(shù)的可互操作性，從而使數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施在下一個(gè)密碼學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的浪潮中得以更新，是對(duì)抗量子計(jì)算機(jī)威脅的重要一環(huán)。

03. 后量子密碼標(biāo)準(zhǔn)，始于2016

2016年12月，NIST啟動(dòng)后量子密碼標(biāo)準(zhǔn)算法的征集提案，其目的是通過(guò)新的公鑰加密標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定一種或多種額外的非機(jī)密、公開(kāi)披露的數(shù)字簽名、公鑰加密和密鑰建立算法，這些算法能夠在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)（包括量子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之后）保護(hù)敏感的政府信息。

與此同時(shí)，NIST發(fā)布了后抗量子公鑰加密算法標(biāo)準(zhǔn)列表，NIST將第一輪候選算法歸于以下5種類別：

1. 格 (Lattice-based)加密
2. 編碼 (Code-based)加密
3. 多變量 (Multivariate-based)加密
4. 哈希 (Hash-based)加密
5. 同源（Isogeny-based）加密

04. 后量子密碼標(biāo)準(zhǔn)算法的誕生

2022年7月，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的三輪評(píng)選，NIST公布首批后量子密碼標(biāo)準(zhǔn)算法，四種算法最終勝出，分別是CRYSTALS -K YBER、CRYSTALS -Dilithium、FALCON和SPHINCS+ 。

其中，NIST 推薦兩種主要算法 CRYSTALS -K YBER（密鑰建立）和CRYSTALS -Dilithium （數(shù)字簽名）用于大多數(shù)用例，F(xiàn) ALCON 和 SPHINCS+ 用于簽名方案。

時(shí)隔一年之久，昨日，NIST公布了新一輪（第四輪）后量子密碼學(xué)數(shù)字簽名方案的候選者，其中包含了40個(gè)簽名候選。

根據(jù)公告，不基于結(jié)構(gòu)格的其他通用簽名方案更易獲選，但是，如果基于格的候選方案在相關(guān)應(yīng)用中的性能明顯優(yōu)于之前選出的后量子密碼標(biāo)準(zhǔn)算法 CRYSTALS-Dilithium 和 FALCON，并能確保實(shí)質(zhì)性的安全性能，也將可能入選。

新一輪的候選評(píng)估和分析可能會(huì)持續(xù)幾年的時(shí)間，最終，不知會(huì)有幾種算法勝出。

但是，NIST征選新一輪的后量子密碼標(biāo)準(zhǔn)算法方案，標(biāo)志著在量子計(jì)算機(jī)威脅傳統(tǒng)密碼學(xué)安全的背景下，全球正在積極尋找新的、對(duì)抗量子計(jì)算攻擊的安全解決方案，以防止未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)破解現(xiàn)有的加密系統(tǒng)。

NIST 計(jì)算機(jī)安全部門(mén)負(fù)責(zé)人 Matt Scholl對(duì)外表示，“如果您是一個(gè)組織，不要等待制定標(biāo)準(zhǔn)”。

以下為40個(gè)候選算法：

引用：

[1]https://csrc.nist.gov/Projects/pqc-dig-sig/round-1-additional-signatures

[2]https://csrc.nist.gov/news/2016/public-key-post-quantum-cryptographic-algorithms

[3]https://www.nextgov.com/emerging-tech/2023/07/nist-adds-40-potential-quantum-resistant-algorithms-growing-roster/388577/

來(lái)源：量子客