后量子密码学,能保护数字安全的未来吗?

原创 新思科技 2024-11-15 17:52

随着技术发展的突飞猛进,量子计算机的威胁日益凸显。尽管量子计算机有望在天气预报、药物研发和基础物理学等领域带来革命性的变革,但它也对现行加密体系构成了显著威胁。这种威胁并非仅限于未来;如今截获的任何敏感数据都有可能被储存起来,待量子计算机具备足够能力后解密。这种“先收集后解密”的策略严重威胁着我们的数字通信保密性、医疗记录、金融交易以及国家安全。


量子算法:格罗弗(Grover)算法与肖尔(Shor)算法


量子计算机借助量子力学原理,能够以空前的速度执行特定类型的计算任务。其中,两种量子算法对现行密码体系构成了直接威胁:格罗弗算法和肖尔算法。


  • 格罗弗算法:此算法能够在未排序数据库中进行搜索,其速度相较于任何经典算法均快四倍。尽管它并未直接攻破密码系统,但显著削弱了诸如AES(高级加密标准)和SHA-2(安全散列算法2)等对称密钥算法的安全性,从而需要更长的密钥以确保安全。

  • 肖尔算法:该算法能够以指数级速度分解大整数,远胜于经典计算机上运行的现有最优算法。这对于依赖大数分解或离散对数问题难度的非对称加密算法(例如RSA、ECC(椭圆曲线密码学)及DSA(数字签名算法))而言,尤为危险。一旦拥有足够强大的量子计算机运行肖尔算法,这些密码体系将被破解,进而失效。


美国国家标准与技术研究院(NIST)后量子密码学标准


为应对迫切需求,美国商务部下属的国家标准与技术研究院(NIST)始终走在推动后量子密码学(PQC)标准发展的前列。为此,NIST组织了一场竞赛,以选拔最优的PQC算法。2024年8月13日,NIST宣布了首批旨在抵御量子计算机网络攻击的算法定稿。这一里程碑事件标志着八年努力的结晶,并汇聚了全球密码学领域的力量,共同开发和评估能够捍卫我们数字未来安全的算法。


NIST最终确定的标凈涵盖三种核心算法,分别针对密钥封装和数字签名等特定应用领域。这些算法包括:


  • ML-KEM(FIPS 203,即原CRYSTALS-Kyber):该算法基于格问题构建,格问题被认为具有抵抗量子攻击的特性。ML-KEM在安全性、效率及实施便捷性方面表现均衡,适用于一般加密场景。其密钥尺寸小且封装/解封装速度快,特别适合资源受限的环境。

  • ML-DSA(FIPS 204,即原CRYSTALS-Dilithium):与ML-KEM相似,ML-DSA同样基于格问题设计,但专为数字签名而优化。它提供了强大的安全保障及高效的运算性能,非常适合需要身份验证和数据完整性的应用场景。

  • SLH-DSA(FIPS 205,即原SPHINCS+):该算法采用无状态哈希技术,提供了与传统基于格的方法不同的安全特性。SLH-DSA以其简洁性和对各类攻击的强鲁棒性而备受推崇。

在这三类算法中,ML-KEM和ML-DSA预计将被广泛部署。NIST还有望于2024年年末发布基于Falcon算法的FN-DSA(FIPS 206)草案标准。该数字签名算法运用了结构化格。


回溯至2020年,NIST还发布了SP 800-208标准,其中引用了抗量子的有状态哈希基签名方案──莱顿·米利奇签名(LMS)系统以及扩展默克尔签名方案(XMSS)。LMS和XMSS均依托于默克尔树结构,该结构为管理和验证众多签名提供了一种安全且高效的方式。LMS系统采用基础的默克尔树,而XMSS则融入了更多额外特性。这使得这些系统的性能因使用场景的不同而存在差异,最终决定了哪个系统更适宜于特定的应用情形。


展望未来:NIST第四轮量子防护标准制定


NIST不断评估新增算法,旨在确保密码学领域具备多样性与安全性。目前,NIST已经开启了第四轮标准化努力,其中一组额外的密钥封装算法正接受评估,目的是寻找更多算法以补充现有的已标准化算法集合。预计第四轮将筛选出一至两种算法,并计划在2025年发布相应的公共草案。参与第四轮评估的密钥封装算法包括Classic McEliece、BIKE和HQC。


2022年9月,NIST还启动了另一轮针对额外后量子密码学(PQC)数字签名方案的标准化工作。在此轮工作中,NIST主要关注非基于结构化格的通用算法,同时对使用短签名和快速验证的算法表现出浓厚兴趣。任何基于格的签名算法需显著超越ML-DSA和FN-DSA的性能,并/或确保提供额外的安全特性。近期,NIST已经选定14种新型数字签名算法进入标准化的第二轮流程,这些算法包括:CROSS、FAEST、HAWK、LESS、MAYO、Mirath、MQOM、PERK、QR-UOV、RYDE、SDitH、SNOVA、SQIsign和UOV。预计第二阶段的评估将持续12至18个月。


CNSA v2.0:推进美国国家安全量子防护密码学


2022年9月,国家安全局(NSA)发布了商业国家安全算法(CNSA)套件2.0版本,并于2024年4月更新了其常见问题解答(FAQ)。CNSA是一套由NSA推荐的加密算法集,用于保护美国政府国家安全系统(NSS)及信息。量子计算对密码算法构成的威胁在2.0版本中首次得到应对。因此,2.0版本推荐的所有算法均符合NIST标准且具备量子抗性(QR),涵盖AES、SHA、LMS、XMSS,以及近期发布的PQC标准ML-KEM和ML-DSA。


NSA还借助CNSA推动NSS采纳PQC的时间进程。NSA对此事项的重视程度从CNSA v2.0的以下表述中可见一斑:“NSA预期至2035年,NSS向量子抗性算法的转换将依照国家安全备忘录NSM-10完成。NSA敦促供应商以及NSS的所有者和运营方竭尽全力达成该截止日期。在过渡期内,NSS的所有者和运营方在配置系统时需优先选用CNSA 2.0算法。在恰当的情形下,CNSA 2.0算法在NSS的商业产品类别中的运用将是强制性的,同时保留允许在特定用例中使用其他算法的选择权。”


后量子密码学产品


显然,为了保护当今的数据和系统在未来不受量子计算威胁,对量子抗性密码解决方案的需求日益迫切。


新思科技拥有一系列广泛的安全IP产品组合,从密码核心、PUF IP到预构建的嵌入式硬件安全模块(带有信任根)。其真随机数生成器(TRNGs)、PUF IPs、对称和哈希核心已经具备量子抗性。针对公钥基础设施安全所需的非对称IP,新思科技推出了新的Agile PQC公钥加速器(PKAs),符合NIST批准的PQC算法ML-KEM、ML-DSA、SLH-DSA、LMS、XMSS,并旨在抵御从边缘到云的各种应用中的量子计算威胁。


新思科技量子抗性PKAs的最重要特性之一是其可适应性,结合了硬件和嵌入式固件以实现性能和算法更新的灵活性。这一点至关重要,因为PQC标准将持续发展。因此,现场部署的系统必须能够处理更新和补丁,以确保它们随时间保持量子抗性。


除PQC外,PKAs还支持传统的ECC和RSA算法,确保当下及未来广泛的密码学覆盖范围,包括混合模式支持。由于其高度可配置和可扩展,该IP能够针对性能、面积、功耗和延迟进行优化。


新思科技Agile PQC PKAs支持完整的PQC数字签名、密钥封装和生成功能,并提供FIPS 140-3认证支持、安全密钥接口,以及可选的针对旁路和故障注入攻击的对策。借助新思科技Agile PQC PKAs,设计人员能够保护敏感数据和系统免受未来量子威胁,确保政府、企业和消费者的长期安全。


做好应对量子计算威胁的准备


量子威胁并非遥远的假设,而是逐渐逼近的现实。各组织必须即刻行动起来,以保护它们的敏感数据和确保数字未来的安全性。鉴于NIST最终确定的后量子密码学标准已经可供立即使用,因此刻不容缓。


量子计算的出现既带来了巨大的机遇,也带来了严峻的挑战。尽管其解决复杂问题的潜力是巨大的,但对现行密码系统的威胁却不容忽视。NIST最终确定的PQC标准标志着守护我们数字未来的关键一步,新思科技在此助您顺利完成过渡。立即采取行动以保护您的数据,并确保您的组织在量子时代的安全未来。


若想了解更多关于如何将后量子密码学集成至您系统中的信息,请即刻与我们取得联系。我们的专家随时准备助力您应对PQC的繁杂事宜,并确保您的数据在量子时代得以安全存续。



    
               

                      

                    
             

                   
                   

                 
                 

                 

         
                                     
                                     


                               

                                 

新思科技 新思科技(Synopsys, Inc.)以芯片产业的“根技术”推动AI、5G、高性能计算、智能汽车等前沿应用的核心技术发展。
评论
  • 这篇内容主要讨论三个基本问题,硅电容是什么,为什么要使用硅电容,如何正确使用硅电容?1.  硅电容是什么首先我们需要了解电容是什么?物理学上电容的概念指的是给定电位差下自由电荷的储藏量,记为C,单位是F,指的是容纳电荷的能力,C=εS/d=ε0εrS/4πkd(真空)=Q/U。百度百科上电容器的概念指的是两个相互靠近的导体,中间夹一层不导电的绝缘介质。通过观察电容本身的定义公式中可以看到,在各个变量中比较能够改变的就是εr,S和d,也就是介质的介电常数,金属板有效相对面积以及距离。当前
    知白 2025-01-06 12:04 100浏览
  • 根据Global Info Research项目团队最新调研,预计2030年全球封闭式电机产值达到1425百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为3.4%。 封闭式电机是一种电动机,其外壳设计为密闭结构,通常用于要求较高的防护等级的应用场合。封闭式电机可以有效防止外部灰尘、水分和其他污染物进入内部,从而保护电机的内部组件,延长其使用寿命。 环洋市场咨询机构出版的调研分析报告【全球封闭式电机行业总体规模、主要厂商及IPO上市调研报告,2025-2031】研究全球封闭式电机总体规
    GIRtina 2025-01-06 11:10 74浏览
  • 在智能家居领域中,Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、Thread与Z-Wave等无线通信协议是构建短距物联局域网的关键手段,它们常在实际应用中交叉运用,以满足智能家居生态系统多样化的功能需求。然而,这些协议之间并未遵循统一的互通标准,缺乏直接的互操作性,在进行组网时需要引入额外的网关作为“翻译桥梁”,极大地增加了系统的复杂性。 同时,Apple HomeKit、SamSung SmartThings、Amazon Alexa、Google Home等主流智能家居平台为了提升市占率与消费者
    华普微HOPERF 2025-01-06 17:23 71浏览
  • 每日可见的315MHz和433MHz遥控模块,你能分清楚吗?众所周知,一套遥控设备主要由发射部分和接收部分组成,发射器可以将控制者的控制按键经过编码,调制到射频信号上面,然后经天线发射出无线信号。而接收器是将天线接收到的无线信号进行解码,从而得到与控制按键相对应的信号,然后再去控制相应的设备工作。当前,常见的遥控设备主要分为红外遥控与无线电遥控两大类,其主要区别为所采用的载波频率及其应用场景不一致。红外遥控设备所采用的射频信号频率一般为38kHz,通常应用在电视、投影仪等设备中;而无线电遥控设备
    华普微HOPERF 2025-01-06 15:29 69浏览
  • 彼得·德鲁克被誉为“现代管理学之父”,他的管理思想影响了无数企业和管理者。然而,关于他的书籍分类,一种流行的说法令人感到困惑:德鲁克一生写了39本书,其中15本是关于管理的,而其中“专门写工商企业或为企业管理者写的”只有两本——《为成果而管理》和《创新与企业家精神》。这样的表述广为流传,但深入探讨后却发现并不完全准确。让我们一起重新审视这一说法,解析其中的矛盾与根源,进而重新认识德鲁克的管理思想及其著作的真正价值。从《创新与企业家精神》看德鲁克的视角《创新与企业家精神》通常被认为是一本专为企业管
    优思学院 2025-01-06 12:03 67浏览
  • 光耦合器,也称为光隔离器,是一种利用光在两个隔离电路之间传输电信号的组件。在医疗领域,确保患者安全和设备可靠性至关重要。在众多有助于医疗设备安全性和效率的组件中,光耦合器起着至关重要的作用。这些紧凑型设备经常被忽视,但对于隔离高压和防止敏感医疗设备中的电气危害却是必不可少的。本文深入探讨了光耦合器的功能、其在医疗应用中的重要性以及其实际使用示例。什么是光耦合器?它通常由以下部分组成:LED(发光二极管):将电信号转换为光。光电探测器(例如光电晶体管):检测光并将其转换回电信号。这种布置确保输入和
    腾恩科技-彭工 2025-01-03 16:27 171浏览
  • PLC组态方式主要有三种,每种都有其独特的特点和适用场景。下面来简单说说: 1. 硬件组态   定义:硬件组态指的是选择适合的PLC型号、I/O模块、通信模块等硬件组件,并按照实际需求进行连接和配置。    灵活性:这种方式允许用户根据项目需求自由搭配硬件组件,具有较高的灵活性。    成本:可能需要额外的硬件购买成本,适用于对系统性能和扩展性有较高要求的场合。 2. 软件组态   定义:软件组态主要是通过PLC
    丙丁先生 2025-01-06 09:23 63浏览
  • 自动化已成为现代制造业的基石,而驱动隔离器作为关键组件,在提升效率、精度和可靠性方面起到了不可或缺的作用。随着工业技术不断革新,驱动隔离器正助力自动化生产设备适应新兴趋势,并推动行业未来的发展。本文将探讨自动化的核心趋势及驱动隔离器在其中的重要角色。自动化领域的新兴趋势智能工厂的崛起智能工厂已成为自动化生产的新标杆。通过结合物联网(IoT)、人工智能(AI)和机器学习(ML),智能工厂实现了实时监控和动态决策。驱动隔离器在其中至关重要,它确保了传感器、执行器和控制单元之间的信号完整性,同时提供高
    腾恩科技-彭工 2025-01-03 16:28 166浏览
  • 本文介绍Linux系统更换开机logo方法教程,通用RK3566、RK3568、RK3588、RK3576等开发板,触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。制作图片开机logo图片制作注意事项(1)图片必须为bmp格式;(2)图片大小不能大于4MB;(3)BMP位深最大是32,建议设置为8;(4)图片名称为logo.bmp和logo_kernel.bmp;开机
    Industio_触觉智能 2025-01-06 10:43 68浏览
  • 随着市场需求不断的变化,各行各业对CPU的要求越来越高,特别是近几年流行的 AIOT,为了有更好的用户体验,CPU的算力就要求更高了。今天为大家推荐由米尔基于瑞芯微RK3576处理器推出的MYC-LR3576核心板及开发板。关于RK3576处理器国产CPU,是这些年的骄傲,华为手机全国产化,国人一片呼声,再也不用卡脖子了。RK3576处理器,就是一款由国产是厂商瑞芯微,今年第二季推出的全新通用型的高性能SOC芯片,这款CPU到底有多么的高性能,下面看看它的几个特性:8核心6 TOPS超强算力双千
    米尔电子嵌入式 2025-01-03 17:04 39浏览
  • 物联网(IoT)的快速发展彻底改变了从智能家居到工业自动化等各个行业。由于物联网系统需要高效、可靠且紧凑的组件来处理众多传感器、执行器和通信设备,国产固态继电器(SSR)已成为满足中国这些需求的关键解决方案。本文探讨了国产SSR如何满足物联网应用的需求,重点介绍了它们的优势、技术能力以及在现实场景中的应用。了解物联网中的固态继电器固态继电器是一种电子开关设备,它使用半导体而不是机械触点来控制负载。与传统的机械继电器不同,固态继电器具有以下优势:快速切换:确保精确快速的响应,这对于实时物联网系统至
    克里雅半导体科技 2025-01-03 16:11 175浏览
  •     为控制片内设备并且查询其工作状态,MCU内部总是有一组特殊功能寄存器(SFR,Special Function Register)。    使用Eclipse环境调试MCU程序时,可以利用 Peripheral Registers Viewer来查看SFR。这个小工具是怎样知道某个型号的MCU有怎样的寄存器定义呢?它使用一种描述性的文本文件——SVD文件。这个文件存储在下面红色字体的路径下。    例:南京沁恒  &n
    电子知识打边炉 2025-01-04 20:04 62浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦