抵制量子计算“黑客威胁”，德国科学家打造密钥传输新技术

01

RSA加密面临威胁，量子计算机或“秒答数学题”

随着量子计算技术迅猛发展，量子计算的强大算力对密码学的威胁正成为数据安全领域的重要隐患。

RSA加密算法是目前最有影响力的公钥加密算法。它基于一个十分简单的数论事实：将两个大质数相乘十分容易，但是想要对其乘积进行因式分解却极其困难。2048位的RSA密钥通常包含超过600位的十进制数字，分解这样的大整数在现有的经典计算能力下短时间内是不可能完成的。

电影《潜行者》中，编程专家戈登所发明的万能解码器可破解世界上所有的密码。量子计算机是否会使这一场面成为现实？

▲电影《潜行者》剧照

02

德国科学家创新低成本密钥算法

德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）教授Laurent Schmalen表示，“传统密码的解密过程对传统计算机来说非常繁琐耗时，但对量子计算机却并非如此。一旦知道一个大数的质因数，量子计算机就能破解加密。” 日前，他的研究团队与合作伙伴共同开发了一种方法，以保护互联网通信免受未来量子技术的威胁。

处理量子计算对密码学威胁的传统解决方案，是对称加密。为此，双方需要在建立加密连接前交换虚拟密钥，以便后续解密传输的数据。但这种方法需要复杂且昂贵的设备。KIT研究人员开发了创新的密钥匹配算法，确保建立加密连接的双方拥有相同的密钥，并且依靠传统硬件即可实现。这种新密钥匹配算法是确保防窃听通信的关键一步。它能动态适应变化的条件，并防止攻击者从密钥交换中获取信息。

3月底，研究团队在慕尼黑大学实时演示了这一过程：通过校园内的光纤连接，实现了受量子密钥交换保护的视频传输。Laurent Schmalen表示：“我们使用光纤通信中的标准硬件，例如家庭中的光纤连接，完成量子密钥交换，而无需依赖昂贵的专用设备。这种方式可以让全球的电信网络免遭窃听。”

03

从实验室到应用，世界各国前瞻布局“量子安全”

研究团队表示，该技术有望在五年内实现广泛应用。KIT的项目合作方ADVA网络安全公司研发总监Tobias Fehenberger补充道：“我们的项目是量子安全加密发展的重要里程碑。这个模块化、高性能系统的成功验证证明，基于商用组件和开放架构的量子安全技术已具备实际应用条件。”

据悉，此项研究属于德国联邦教育与研究部（BMBF）的DE-QOR项目（“开发用于城域和长途光纤网络中量子安全通信的高性能传输组件”），用以展示模块化的高性能QKD加密技术。在全部340万欧元的资助中，KIT获得了约35万欧元。项目合作伙伴除KIT和ADVA网络安全公司外，还包括慕尼黑大学、汉诺威莱布尼茨大学、以及Microwave Photonics 和Creonic 两家德国企业。

目前，世界各国正积极提前布局“量子安全”领域。2023年8月，美国网络安全和基础设施安全局（CISA）、国家安全局（NSA）与国家标准与技术研究院（NIST）联合发布《量子准备：向后量子密码迁移》指南，8月13日，美国国家标准与技术研究院（NIST）正式发布了全球首批3个后量子加密标准，以保障互联网通信免受量子计算机攻击。2025年2月，中国商用密码标准研究院在全球范围内公开征集新一代商用密码算法，明确要求需同时抵抗经典计算攻击和量子计算攻击。 KIT作为德国知名的研究型大学，此次重大突破将助力德国在量子安全领域加速应用落地。

参考资料：中国商用密码研究院，.

编译：诗学