量子計算機：技術突破還是信息安全的末日？

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【編者按：量子計算機在帶來計算速度大幅提升的同時，也正在成為計算機安全的雙刃劍。】

一名美國物理學家認為，隨著量子計算機的發展，現在的計算機將來可能會被量子計算機取代，而現行的信用卡加密技術也面臨著失效的危險。

長期以來，量子計算機被譽為下一代計算機，有了它，技術的進步將擺脫摩爾定律的約束。科學家設想了量子計算機的廣泛應用前景，從更精確的計時，到尋找治癒現代疾病的良方，甚至可用於繪製人類的大腦功能圖。

然而，量子計算機是一把雙刃劍，計算能力的提升也可能被用於不良目的。如今的安全措施可能需要現在的計算機花費數千年才能破解，但是量子計算機破解它們只需要幾個小時，所有的安全措施都將成為一紙空文。

現在的電子銀行、安全通信和信用卡交易所採用的加密系統都依賴於一個密鑰，只有交易的雙方才知道這個密鑰。

這個密鑰被用於加密和解密信息，如果黑客企圖破解這個密鑰，他必須得到一個大數的質因子，即進行因數分解。

對於傳統計算機而言，由於在設計上每一時刻只能執行一項任務，因而因數分解是一項困難而耗時的工作。但是對於量子計算機卻並非如此，根據量子物理學原理，粒子可以同時處於兩個狀態，因此量子計算機能夠並行的執行多個任務。

根據以量子計算機為核心的Shor算法，量子計算機能夠解決因數分解問題和其他一些數學問題，這些問題構成了現代密碼技術的基石。

中佛羅里達大學物理學助理教授Enrique del Barco說，「眾所周知，量子算法在處理某些問題上比傳統算法要快的多。」

「用最強大的傳統計算機來分解一個大數需要數千年時間，這也就是現代的密碼能夠有效的原因。現代密碼能夠保護我們電子交易的安全，這些加密技術都是建立在大數分解基礎上的。」

「然而，大數分解是量子計算機能夠在幾個小時之內解決的問題之一。這顛覆了現代密碼技術的基礎。」

令安全專家感到慶幸的是，量子計算機還需要許多年才能變為現實。當政府和公司無休止的提出量子計算機可能的應用時，關於量子計算的理論分歧還停留在實際的量子計算機究竟應該基於超導體、晶體管還是電子自旋。

即使如此，安全專家仍然對這項技術抱著警惕的態度。

VeriSign澳洲分公司方案架構師Robin Balean說，「我們每天都在使用加密技術，大多數人並不需要瞭解其中的細節。如果有一天所有的電子商務突然變得不安全了，後果確實是可怕的。」

他補充說，「儘管要到許多年後才會暴露出這樣的問題。」

為了彌補Shor算法帶來的安全漏洞，一種辦法是使用現在不太常用的密鑰算法，這些算法還沒有相應的量子算法。Balean列舉了Diffie-Lamport-Merkle簽名系統、NTRU加密系統、McEliece加密系統和HFE簽名系統為例。

但是這些加密系統都是在現代數學的基礎上建立起來的，Balean預測未來的加密技術將會誕生在物理學家手中。

他說，「量子密碼的實用將會遠遠早於量子計算機的實用，這是一個相當合理的假設。」他指出，現在已經出現了利用量子密鑰交換進行加密的商用系統。

Balean說，「儘管量子計算機的到來將會把今天使用的許多加密算法送進墳墓，但是其他的一些算法和計算會取代這些算法的地位。」

「我相信我們能夠放心的期待量子計算機時代的到來，而不需要害怕它們破壞我們現在的安全技術。」

中佛羅里達大學del Barco同意他的看法，認為量子計算會為它引起的任何安全問題提供解決方案。

Del Barco說，在量子計算時代，電子交易的安全性將會遠遠超過現在。

他解釋說，「當一個量子比特的信息從一處被送往另一處時－－正如我們用信用卡在線交易時的情形一樣，如果有人想竊聽量子比特的狀態，量子比特會立即改變狀態，發送方就會得知有人在竊聽，系統將會自動取消這次操作，保證消費者的資金安全。」

「換句話說，信息的量子化傳輸是一個反竊聽的操作，這將使我們的電子交易安全性大大超過現在的水平。」

Del Barco總結說，「量子計算機的出現不會對我們的交易安全造成嚴重的後果，恰恰相反，量子信息學和量子計算技術將會使秘密信息的傳輸無懈可擊。」

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