都說量子計算下密碼都是渣,所以清華突破後量子密碼硬體加速技術

2020-12-05 機智客

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。

相關焦點

  • 清華魏少軍、劉雷波團隊提出後量子密碼硬體加速技術,登上頂會
    為應對該類挑戰,學術界和工業界早已開始著手研究能抵禦量子計算攻擊的後量子密碼算法。但問題在於,後量子密碼算法的運算量通常非常巨大,想要真正應用和推廣,就對專用後量子密碼晶片提出了高要求:現在,針對這一問題,清華大學魏少軍、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。
  • 後量子密碼硬體加速:計算速度提升2.5倍,ATP減小4.9倍
    允中 發自 凹非寺量子位 報導 | 公眾號 QbitAI密碼,無疑在系統安全和網絡安全中扮演著至關重要的角色。但是,隨著具有強大密碼破解能力的量子計算機不斷取得實質性研究進展,目前廣泛使用的RSA、ECC等公鑰密碼算法逐漸變得不再安全。這對於現有的密碼體系而言可以說是毀滅性的威脅。
  • 後量子密碼硬體加速:計算速度提升2.5倍,ATP減小4.9倍
    為應對該類挑戰,學術界和工業界早已開始著手研究能抵禦量子計算攻擊的後量子密碼算法。但問題在於,後量子密碼算法的運算量通常非常巨大,想要真正應用和推廣,就對專用後量子密碼晶片提出了高要求:現在,針對這一問題,清華大學魏少軍、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。
  • 國產後量子密碼晶片研製獲得突破,清華大學科研團隊的新方法
    中秋、十一,雙節同慶,相信不少小夥伴出行、吃喝、玩樂,鬧得是不亦樂乎,大家既然是開心,那科技風景線小編這裡也給大家說一個值得高興的事情,現在我們在晶片發展方面,也有了新的突破:後量子密碼晶片!」中的「後」,怎麼看都有一種「錯別字」的感覺,其實這個真的不是錯別字,而是一種新型的晶片,而且是和量子密碼算法緊密相關的晶片、一般來說,現代已經廣為應用的碼技術都會應用到公鑰密碼算法,雖然現在這種算法比較安全,但是在量子計算機面前,公鑰密碼算法一定會被攻破,而隨著量子計算能力的快速提高,公鑰密碼算法正在面臨越來越大的安全問題。
  • 清華團隊科研突破!後量子密碼晶片構架出現,公鑰密碼將被取代
    近日,有媒體報導稱,清華大學魏少軍、劉雷波教授的科研團隊在第 22 屆密碼硬體與嵌入式系統會議(CHES 2020)上發表了後量子密碼硬體構架的相關論文報告。據悉,該論文報告屬於國際後量子密碼晶片領域,提出了後量子密碼算法的新型構架。該論文的第一作者是清華大學博士生張能,這也是中國大陸的科研人員首次在該領域論文報告中擔任第一作者的身份。
  • 清華大學在後量子密碼晶片上取得突破
    據悉,該論文報告屬於國際後量子密碼晶片領域,提出了後量子密碼算法的新型構架。該論文的第一作者是清華大學博士生張能,這也是中國大陸的科研人員首次在該領域論文報告中擔任第一作者的身份。相信不少人對後量子密碼晶片都是很陌生的,其實後量子密碼晶片是一種新型的晶片而且是和量子密碼算法緊密相關的晶片。
  • Hcash:見證量子計算和後量子密碼的「矛盾較量」
    今天,量子計算的落地速度正在超出很多人的想像,如果稍有不慎,將對現有公鑰密碼體制帶來毀滅性的打擊,網際網路世界甚至也將蕩然無存。不過,Hcash正在見證量子計算和後量子密碼的「矛盾較量」,甚至在區塊鏈的競爭中通過後量子密碼的技術突破獲得競爭優勢。
  • 抗量子密碼技術漫談
    老爺爺說:「都說很多國家部門人浮於事,這次我算漲見識了,連密碼都要有一個專門局來管理」。老奶奶回覆說:「嗯,這也算是國家為老百姓著想,否則像咱們這樣經常忘記密碼的人該多痛苦啊,下次再忘了銀行存摺的密碼就來這個部門尋求幫助好了」。
  • 量子計算核心突破!Shor算法實現或使密碼成擺設
    網際網路時代,密碼和網絡安全是通信的基礎,無論是微信聊天,還是淘寶交易,都需要密碼技術保障個人隱私和財產安全。那麼驗證A乘以B等於C,是一件計算起來比較簡單的事,即用戶自己的密碼可以獲得通過;但是要從C倒推回A和B,卻是無比的艱難,其運算時間超出計算機的能力,所以密碼很難被破解。所以RSA可以在公開加密密鑰、加密和解密算法的情況下,通過驗證和求解在時間複雜度上的極端不對稱性,建立電子加密的基礎。
  • 什麼是後量子密碼學(PQC)?
    by Martin Giles July 12, 2019如果沒有 &34;的密碼防禦措施,從自主車輛到軍事硬體--更不用說在線金融交易和通信--各種事物都可能成為能夠訪問量子計算機的黑客的目標。人們正在競相創造新的方法來保護數據和通信免受超強量子計算機帶來的威脅。
  • 【中國科學報】量子密碼:無條件安全的希望
    用量子態做密碼的安全性就在於此。」日前,中科院院士、全國量子光學專業委員會主任郭光燦談到量子技術的應用時說,「量子密碼是量子學中第一個可用的技術。」  「未來的100年人類會進入量子調控新紀元,會有一批新的技術叫量子技術。影響最大的是量子計算機,大概還有10~20年以後才能實現;但是量子密碼,現在已經到了實用階段。」郭光燦說。
  • 有了密碼法 量子通信工程不能再打擦邊球了
    這部密碼法高屋建瓴、抓綱帶目、綱舉目張,為密碼技術的健康發展指明方向。用密碼法對照,量子通信工程立即顯出了原形。量子密碼技術的安全性不可控,使用極不方便,性價比又太低,所以量子密碼技術根本不可能成為合格的商用密碼。
  • 歐科集團論壇:鄭志勇提出後量子密碼時代的區塊鏈技術創新
    數學落後就導致工程技術落後,可以說現在的區塊鏈時代,與上一百年前的洋務活動與有驚人相似。今天時代改革開放,無論從思想解放程度還是工程技術發展,都是不可同日而語的。但是有類似的問題:「大炮」很厲害,一下把城門打開,可是我們從來不關注彈道原理、爆炸理論,所以這就會導致當「火炮」一革新,我們還是落後的。
  • 傳統密碼VS量子密碼
    在介紹量子密碼之前,我們得先普及一點傳統的加密方面的知識,數據加密起源很早了,我認為就沒有必要從「盤古開天地」講起了,我就直接介紹目前主流的常用加密體系,首先現如今的加密體系大都是基於密鑰的,這裡的標準讀法是MIYUE,不過我已經改不過來了,所以就不要糾結我的發音了好吧,搞過編程的應該對這塊都比較熟悉,這些加密方式具體算法都是完全公開的,因為如果沒有密鑰,你知道算法也沒有用
  • 後量子時代公鑰密碼取得重大進展 中國量子通信工程恐成擺設
    2020年7月22日是公鑰密碼技術發展史上的又一個重要的裡程碑,美國國家標準與技術研究院(NIST)公布了進入第三輪評審的七種後量子時代公鑰密碼算法,引起了國際密碼學界的高度關注[1]。公鑰密碼目前是足夠安全的,但是量子計算機的進步和傳統電子計算機的飛速發展對公鑰密碼的未來安全投下了陰影。
  • 量子十問之五:量子密碼就是量子通信嗎?
    (圖片來源於網絡)量子密碼的研究已有30多年曆程,目前達到的實際水平是:在百公裡範圍的城域網,量子密碼體系可以做到密鑰分配在現有技術保證的各種攻擊下是安全的,安全密鑰生成率在25 公裡可確保高清視頻「一次一密」,在100 公裡內能確保音頻、文字、圖片等的「一次一密」。因此可以制定「量子密碼標準」,推廣應用。
  • 量子密碼學需要一次「重啟」
    雖然人們已經研究了量子密碼學幾十年,但仍然沒有可行的路線圖來說明如何發展量子密碼學來保護現實世界中的數據和大眾的通信。這並不是說量子密碼學缺乏商業應用。量子加密利用單個光子的精妙量子態來傳輸不經探測則無法訪問的數據,如今這一行業仍屬利基產業,目前只有少量公司在運營或付費訪問位於澳大利亞、中國、日本和美國的採用量子密碼技術保護的網絡。
  • 清華團隊要趕在量子計算機正式應用前,提前布局晶片
    他表示,該論文介紹了一種低計算複雜度數論變換與逆變換方法,並提出一種實現後量子密碼算法的硬體架構。當前,公鑰密碼已經廣為使用,無論去線下銀行、還是在網上銀行辦業務,都要證明個人身份以避免被人冒用,訪問電商網站或使用手機支付時,其數據也需加密。除民用用途之外,公鑰密碼算法在海陸空通信方面也有著特定用途,設備間的通信都需要數據加密和身份驗證。
  • 九章量子計算機可以破解網絡密碼嗎?美國會怎樣應對我國量子崛起
    一、量子計算機的優勢關於量子計算機工作原理,已經有很多科普作者在講解,我本身不太專業,也就不再多講了。我們只是需要知道,量子計算機可以實現非常強大的並行計算。也就是一次計算,就可以算出很多個結果,術語上說是指數級加速。啥意思呢?
  • 《高管的量子密碼指南:後量子時代中的信息安全》發布
    但隨著量子計算的快速發展,當前信息安全正在面臨新的嚴峻挑戰。2020年5月,美國哈德遜研究所(Hudson Institute)發布了《高管的量子密碼指南:後量子時代中的信息安全》報告。研究人員正在研究如何使用後量子密碼方法來提高基於軟體的籤名和密鑰交換方法的安全性,這些方法在量子計算機強大到足以破解現有的公鑰密碼體系之後應該仍然有效。一些混合了不同算法的產品,即混合算法,已經投入使用。