量子密码学与后量子密码学的区别

什么是密码学？

密码学是对安全通信机制的研究，以便只有消息的发送方和预期接收方才能阅读其内容。微点和合并是用于隐藏照片中信息的密码学技术的示例。

现代密码学将数学、计算机科学、电子工程、通信科学和物理学等学科结合在一起。密码学在电子商务、芯片支付卡、数字货币、计算机密码和军事通信中发挥着重要作用。

信息时代密码学技术的演变导致了一系列法律问题。由于其潜在的间谍和煽动作用，一些国家将密码学归类为武器，禁止或限制其使用和出口。密码学在数字媒体方面也很重要。

在本文中，我们将详细讨论量子密码学，并重点介绍它与后量子密码学的区别。

量子密码学是研究如何应用量子力学概念来完成密码学任务。量子密码学最突出的应用是量子密钥分发，它为密钥交换问题提供了一种信息论上安全的解决方案。

至少在理论上，量子密码学似乎是信息安全行业的一个成功转折点。但是，没有任何密码学方法可以完全安全。在实践中，量子密码学只是有条件地安全，因为它基于一组关键假设。

量子密码学是如何工作的？

发送方通过一个滤光器（或偏振器）发送光子，该滤光器随机为它们分配四种偏振态和比特指定之一：垂直、水平、右45度或左45度。

光子被发送到接收器，接收器使用两个分束器（水平/垂直和对角线）“读取”每个光子的偏振态。接收器必须估计对每个光子使用哪个分束器，因为它不知道使用哪个。

在光子流发送完毕后，接收器告知发送方在发送的序列中对每个光子使用了哪个分束器，发送方将此信息与用于传递密钥的偏振器序列进行匹配。使用错误分束器读取的光子将被丢弃，产生的比特序列成为密钥。

量子计算机可能会成为现实。因此，研究可能用于对抗拥有量子计算机的对手的密码学技术至关重要。用于描述此类方法研究的术语是后量子密码学。

Shor 的用于在量子计算机上进行因数分解和计算离散对数的方法可用于破解许多常见的加密和签名方案，因此需要后量子密码学。

虽然量子密码学描述了在安全策略的核心使用量子现象，但后量子密码学指的是被认为能够抵御量子计算机攻击的密码学算法（通常是公钥算法）。后量子密码学是通过更新现有的基于数学的算法和标准来为量子计算时代做准备。

量子密钥分发

量子密码学由量子密钥分发 (QKD) 所体现。它使用光子而不是传统的基于比特的方法来传输数据。光子具有不能以任何方式复制或修改的特性，实体可以利用这一点。因此，在双方之间传输的数据可以保持私密。

QKD 利用量子力学概念来确保通信安全，并且不可能存在任何不需要的访问。QKD 概念很有可能用于高度敏感的信息交换。通信实体必须位于特定位置。它主要用于政府、军事和金融服务领域，这些领域经常发送敏感信息。

下表重点介绍了量子密码学与后量子密码学的主要区别：

量子密码学	后量子密码学
量子密码学，也称为量子加密或量子安全，是一个术语，它解释了如何在密码学中应用量子力学的定律。	后量子密码学是一组预计能够抵御量子计算机攻击的技术（通常是公钥算法）。
根据量子力学，量子信道不能被正确拦截而不会被检测到。	将研究算法以评估其可靠性，但不能保证最终没有人会找到破解它们的方法。
实施将需要使用专门的硬件。	大多数实施将仅限于软件，不需要使用专门的硬件。
仅适用于自由空间光纤上的光通信。	它适用于所有类型的数字通信媒介，包括射频无线网络和光通信。
由于需要新的硬件和通信基础设施，因此成本较高。	基于软件的合成解决方案成本相对较低。
接收量子信道、解码为经典比特，然后重新加密并广播到另一个量子信道使中继器成为可能。	符合当今的数字中继器技术。
选项数量非常有限。应仅使用视距节点。	兼容任何形式的移动设备通信。
它可能用于数字签名，但可能性不大。	正在专门为数字签名的使用开发不同版本的标准。

量子密码学解释了如何在密码学中应用量子力学的定律，而后量子密码学指的是一组被认为能够抵御量子计算机攻击的算法。

Pranav Bhardwaj

更新于： 2022年6月22日

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