隨著近幾年來量子技術的研究以肉眼可見的速度在發展,我們很多人開始對於量子計算、量子計算機有了初步的了解。量子計算的強大,我們都是時有耳聞。即便我們都沒遇到過量子計算的演示,但一人客覺得我們從科普和技術資訊和嚴肅書籍文章上也能見微知著,明白它的極強算力,在我們目前傳統計算機領域,面對世界頂級最快的計算機量子計算都是王者一般的存在。可以這麼說,現有的一切傳統計算機在量子計算機(由當前理論研究推演)面前都是小弟,一切密碼——哪怕你再複雜位數再長——在量子計算下都會被秒成渣。
顯然,在這一點,我們不謀而合,都不願意看到這一幕:誰都不希望自己的密碼變得透明,當你的密碼對外人(特別是別有用心的人、對手、敵人的時候)是透明的時候,你就不再有密碼,你的一切都可能拱手於人,更遑論一個企業一個國家?系統安全和網絡安全中,密碼扮演著守衛者的重要角色。
一個是世界最強的「攻」,一個是需要保密的「守」。這顯然是一對矛盾。所以可能來自量子計算毀滅性的威脅,在量子計算技術發展的同時,學術界和工業界早已開始研究「反量子計算密碼學」也就是後量子密碼算法,後量子密碼硬體加速技術。
為什麼要加上硬體加速這些字眼呢?因為要研究後量子密碼算法,不可避免會涉及到超強的計算,當運算量實在巨大的時候,一人客想可能有朋友明白了,如果要落地應用和推廣,那麼這就不是一般晶片小弟弟們能承受得了的了。所以要後量子密碼算法,就要對晶片硬體有更高的要求。顯然這是個水漲船高的博弈。要研究後量子密碼,還要考慮硬體架構。
於是,來自清華大學的魏少軍、劉雷波教授團隊提出了一種低計算複雜度數論轉換與逆轉換方法,以及一種高效的後量子密碼硬體架構。一方面能降低一類基于格的後量子密碼算法的計算複雜度,另一方面還特別照(節)顧(省)硬體資源的開銷。
在他們的實驗演示結果表明了,與最先進的方法相比,該設計在計算速度上快了2.5倍以上,同時面積延時積(ATP)減小了4.9倍。如果你沒有概念,那就看看公認的權威評定。據了解,這一個突破性的成果已經登上了第22屆密碼硬體與嵌入式系統會議(CHES),而這個會議則是國際密碼晶片和物理安全方向最重要的頂會之一。
最後說點和技術有關的,據了解,當前的面向格密碼的數論轉換架構效率並不高,原因就在於其正變換和逆變換分別需要海量計算量的預處理與後處理(配圖1就是)。而在清華的研究中,則是將巨大計算量的預處理和後處理去掉,怎麼處理了?前者融合進時域分解快速傅立葉變換中,後者融合進頻域分解快速傅立葉變換中。另外呢,研究人員還提出了一種能支持兩種蝶形運算的緊湊型運算單元架構,設計了低複雜度數論轉換硬體實現架構,更甚者,這項研究還使用了雙倍帶寬匹配、時序隱藏等架構優化技術,進一步減小了執行NewHope算法的時鐘周期數,設計了處理時間恆定的NewHope硬體架構。當然一人客這裡也是現學現賣,太高深的咱不懂,咱就根據權威科研成果的報導,用比較淺顯點的白話描述出來,當然不可避免要涉及到術語、公式和算法。量子計算在進步,反量子也在發展啊,點讚科研人員,點讚科技發展。