美國國家安全局的“量子計算機”什么密碼都能破?

流言說:斯諾登泄漏的文件顯示,美國國家安全局(NSA)正在開發一個“量子計算機”,可以破解幾乎任何類型的加密, 該項目是其總額為7970萬美元的“穿透硬目標”項目的一部分,項目在馬里蘭大學帕克實驗室運作 。 這種“量子計算機”能夠幫助美國國安局破解任何類型的加密,包括銀行、醫療、商業以及政府的密碼 。
回答:
假 。 量子計算機并不相當于一臺能夠做高速運算的經典的超級計算機 。 它的出現會威脅到當前的密碼體系,同時我們也有足夠的技術儲備來維持我們的隱私,維護目前的秩序 。
論證:
什么是量子計算機?量子計算機并不相當于一臺能夠做高速運算的經典的超級計算機 。 量子計算機能以高速度解決某些特定的問題,但卻對別的問題無能為力 。 目前人們找到的高速度的量子算法大體有兩類,一類是解決隱含子群問題的,比如因子分解問題、離散對數問題等,量子計算機在這些問題上有指數級的加速;另一類是 量子隨機游走相關的,比如說Grover算法(在O(sqrt(n))時間內搜索大小為n的數據庫)等,量子計算機在這些問題上有多項式級的加速 。 還有一些比較奇怪的就不說了 。 在這些特定的問題上,量子計算機能迅速解決問題,但出了這個范圍,目前它跟經典計算機沒什么區別 。
會威脅到當前的密碼體系,但并非無所不能
量子計算機能解決的問題,是否會威脅到當前的密碼體系呢?答案是的確會 。 目前的密碼體系大體有兩種:對稱密碼與非對稱密碼 。 AES是前一種的例子,RSA是后一種的例子 。 對稱密碼的話,Grover算法能進行不小的加速,比如說AES-128的密鑰空間是2^128,通過構造適當的可以量子化的數據庫黑盒子,Grover算法能在大約2^64的時間內找到密鑰,而經典計算機則需要大概2^128的時間 。 不過這個問題并不特別大,換用更長的密鑰就可以了 。 問題在于非對稱密碼,量子計算機在很短的時間內破解 。 而偏偏這些算法特別重要,無論是銀行轉賬、身份識別、在線瀏覽,很多都需要非對稱算法來進行密鑰分發與身份驗證 。 舉個例子,上Gmail時候會自動SSL加密,這個東西就是用RSA來做密鑰分發的 。
那么,一旦量子計算機做出來之后,是不是隱私就無處遁形呢?那倒不一定 。
【美國國家安全局的“量子計算機”什么密碼都能破?】學界早就關注這個現象了,也提出了一些能解決這個問題的非對稱密碼體系,比如說基于格(lattice)的體系(比如NTRU)、基于糾錯碼的體系(McEliece),還有基于多變量的體系 。 這些體系都不依賴于隱含子群問題,所以對量子計算機造成的威脅是免疫的 。 不過,這些體系各有各不太實用的地方,也有些弱點,所以目前沒有很多人采用 。 不過一旦足夠規模的量子計算機造出來了,我們也有足夠的技術儲備來維持我們的隱私,維護目前的秩序 。

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