目前世界上所有的超級(jí)計(jì)算機(jī)協(xié)同工作一萬(wàn)年，可能也無(wú)法破解一些現(xiàn)代密碼。但上個(gè)月，谷歌等機(jī)構(gòu)發(fā)布了一項(xiàng)研究，表明量子計(jì)算機(jī)或許能以更少的資源，更快破解這些密碼。
據(jù)澳大利亞《對(duì)話》網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，量子計(jì)算機(jī)的進(jìn)展主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，IBM和谷歌等科技巨頭競(jìng)相打造更大規(guī)模的量子計(jì)算機(jī)。IBM希望今年讓量子計(jì)算機(jī)在某些特殊情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的真正優(yōu)勢(shì)，并于2029年前打造出更強(qiáng)大的容錯(cuò)系統(tǒng)。另一方面，理論學(xué)者正在完善量子算法。最新研究顯示，破解當(dāng)今密碼學(xué)所需的資源可能遠(yuǎn)低于早期估計(jì)。
量子計(jì)算硬件不斷升級(jí)
量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不同。它們使用可以同時(shí)存在于多種狀態(tài)的量子比特，這一特性使得它們能夠運(yùn)行某些算法，其中最著名的是由美國(guó)數(shù)學(xué)家彼得·肖爾于1994年提出的肖爾算法。理論上，這些算法可比目前計(jì)算機(jī)更高效地解決支撐現(xiàn)代加密的數(shù)學(xué)難題。這些數(shù)學(xué)問(wèn)題構(gòu)成了比特幣、以太坊和大部分互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。
目前，量子計(jì)算機(jī)研發(fā)已進(jìn)入白熱化階段，各研究團(tuán)隊(duì)的主要目標(biāo)是增加可連接量子比特的數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)勢(shì)”。
去年11月，IBM發(fā)布了一款包含120個(gè)量子比特的芯片“夜鷹”，希望借此在部分任務(wù)中展現(xiàn)量子優(yōu)勢(shì)。此前的2024年12月，谷歌推出包含105個(gè)量子比特的量子芯片Willow。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)計(jì)算任務(wù)中，Willow用時(shí)不到300秒神速完成，而世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“前沿”完成同樣任務(wù)則需要數(shù)億年。
除了這些科技巨頭，新方法也在蓬勃發(fā)展。PsiQuantum公司采用基于光的量子比特和傳統(tǒng)的芯片技術(shù)制造量子計(jì)算機(jī)。中性原子系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)平臺(tái)已在實(shí)驗(yàn)室展示了對(duì)數(shù)千個(gè)量子比特的控制。
新算法破解密碼更快
硬件只是故事的一半，同樣重要的是量子算法——利用量子計(jì)算機(jī)破解加密的方法的進(jìn)步。
肖爾算法展示了量子計(jì)算機(jī)如何高效解決大整數(shù)質(zhì)因數(shù)分解等問(wèn)題，這種量子算法在破解目前廣泛使用的RSA加密方面有著重要意義。
幾十年來(lái)，人們一直認(rèn)為量子計(jì)算機(jī)需要數(shù)百萬(wàn)個(gè)物理量子比特才能對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的加密構(gòu)成威脅。這種量子計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)比現(xiàn)有系統(tǒng)龐大，因此人們感覺(jué)威脅很遙遠(yuǎn)。但這種狀況正在改變。
2026年3月，谷歌量子人工智能團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一項(xiàng)詳細(xì)研究，顯示攻擊使用橢圓曲線密碼加密的信息所需的資源可能遠(yuǎn)少于此。
與RSA等傳統(tǒng)算法相比，橢圓曲線密碼這種加密方式在相同安全強(qiáng)度下密鑰長(zhǎng)度更短、計(jì)算效率更高，特別適用于移動(dòng)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等資源受限環(huán)境，是包括比特幣和以太坊在內(nèi)的系統(tǒng)所使用的加密方式。谷歌團(tuán)隊(duì)的研究顯示，一臺(tái)擁有少于50萬(wàn)個(gè)物理量子比特的量子計(jì)算機(jī)，可能在幾分鐘內(nèi)就能破解這一加密算法。
盡管擁有50萬(wàn)個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)仍然遠(yuǎn)超現(xiàn)有量子計(jì)算機(jī)的水平，但其規(guī)模僅為此前估計(jì)的1/10。
美國(guó)初創(chuàng)公司Oratomic科學(xué)家在2026年3月發(fā)布的預(yù)印本上，探討了利用中性原子量子計(jì)算機(jī)高效破解加密的可能性。他們提出的一種策略是：擁有約2.6萬(wàn)個(gè)中性原子量子比特的系統(tǒng)，可利用肖爾算法，在幾天內(nèi)破解比特幣的加密。
針對(duì)這些發(fā)現(xiàn)，一名比特幣安全研究員認(rèn)為，2030年左右，能破解現(xiàn)代密碼的量子計(jì)算機(jī)被制造出來(lái)的概率為10%。
向“后量子密碼學(xué)”進(jìn)發(fā)
雖然現(xiàn)在人們使用的密碼不會(huì)一夜之間被破解，但量子硬件或算法的每一次進(jìn)步，都在彌合實(shí)用量子機(jī)器與現(xiàn)有密碼之間的差距。
為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，全球標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)正在設(shè)定越來(lái)越具體的時(shí)間表，逐步擺脫易受量子攻擊的通用加密系統(tǒng)，加快部署可抵御量子計(jì)算機(jī)破解的加密技術(shù)，向后量子密碼學(xué)挺進(jìn)。
例如，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院提出，將在2035年基本完成向后量子加密學(xué)轉(zhuǎn)型。該機(jī)構(gòu)已于2024年8月正式發(fā)布首批后量子密碼學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。澳大利亞信號(hào)局也發(fā)布了類似指導(dǎo)，敦促各組織立即開(kāi)始規(guī)劃，并于2030年前完成向后量子密碼學(xué)的轉(zhuǎn)型。
今年3月，谷歌安全工程副總裁希瑟·阿德金斯和高級(jí)密碼工程師索菲·施梅格聯(lián)合發(fā)表名為《量子前沿可能比你想象的更近》的文章稱，谷歌將2029年設(shè)定為完成向后量子密碼學(xué)轉(zhuǎn)移的截止時(shí)間線。
目前，谷歌Chrome和Cloudflare已在某些協(xié)議和服務(wù)中支持后量子密碼算法。谷歌同時(shí)宣布Android 17將整合符合NIST標(biāo)準(zhǔn)的ML-DSA數(shù)字簽名保護(hù)。該公司研究人員提醒，幣圈需在2029年前轉(zhuǎn)向后量子密碼技術(shù)。（劉 霞）
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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