量子計算機的發展對傳統密碼學的核心威脅，源于其能高效解決傳統計算機“計算不可行”的數學問題——而這些問題正是當前主流密碼算法保障安全的基石。這種影響并非“全面摧毀”，而是針對傳統密碼學的不同分支（非對稱密碼、對稱密碼、哈希函數）呈現出差異化的風險等級。
一、非對稱密碼算法（公鑰密碼）
顛覆性威脅，現有體系面臨“失效危機”。
非對稱密碼（如RSA、ECC、DSA等）是現代數字安全的“核心骨架”，廣泛用于身份認證、數字簽名、密鑰交換（如HTTPS協議、區塊鏈簽名、VPN加密），其安全性依賴于“大整數分解”“離散對數問題”（含橢圓曲線上的離散對數ECC）的計算復雜度——傳統計算機破解這類問題需要指數級時間（如破解2048位RSA需數千年），而量子計算機可通過專用算法實現“多項式時間破解”，直接瓦解其安全基礎。
關鍵威脅來自兩類量子算法：
1.Shor算法（1994年提出）
這是對非對稱密碼最致命的量子算法，能在多項式時間內解決：
大整數分解問題（直接破解RSA、Rabin密碼）；
離散對數問題（直接破解ECC、DSA、DH密鑰交換協議）。
例如，理論上一臺擁有足夠量子比特（約數千個邏輯量子比特）的通用量子計算機，可在數小時內破解當前廣泛使用的2048位RSA，而3072位RSA的安全性也將大幅下降。
2.Grover算法（1996年提出）
雖不如Shor算法“精準打擊”，但能將非對稱密碼的“暴力破解復雜度”從“指數級”降至“平方根級”。例如，對某一公鑰對應的私鑰進行暴力搜索時，傳統計算機需嘗試(2N)次，量子計算機僅需(2{N/2})次，進一步削弱了短密鑰非對稱算法的安全性。
二、對稱密碼算法與哈希函數
影響有限，可通過“密鑰升級”緩解。
對稱密碼（如AES、SM4）和哈希函數（如SHA-256、SHA-3）的安全性依賴于“混淆擴散”“單向性”等設計，而非特定的數學難題，因此對量子攻擊的抗性遠強于非對稱密碼。但量子計算機仍會通過Grover算法帶來一定風險，需通過“密鑰/輸出長度升級”應對。
1.對稱密碼（如AES）
傳統風險：對稱密碼的安全假設是“攻擊者無法在合理時間內暴力枚舉密鑰”（如128位AES需嘗試(2^{128})次，傳統計算機無法完成）。
量子影響：Grover算法可將暴力破解次數降至(2{64})次（128位密鑰），而(2{64})次運算在未來高性能量子計算機上可能“可行”，導致128位AES的安全性不足。
應對方案：無需替換算法，僅需提升密鑰長度——例如將AES-128升級為AES-256，此時Grover算法的破解次數升至(2^{128})次，恢復至傳統128位AES的安全等級，仍能抵御量子攻擊。
2.哈希函數（如SHA-256）
傳統風險：依賴“單向性”（無法從哈希值反推原始數據）和“抗碰撞性”（無法找到兩個不同數據對應同一哈希值）。
量子影響：Grover算法會削弱“抗碰撞性”——例如SHA-256的抗碰撞安全等級從128位降至64位，可能被量子計算機破解；但“單向性”受影響較小。
應對方案：升級為更長輸出的哈希函數，如將SHA-256升級為SHA-512，或直接使用抗量子設計的哈希函數（如SHA-3，其結構對量子攻擊天然更魯棒）。
三、現實威脅
“現在截獲，未來解密”（HNDL）攻擊
量子計算機的當前發展階段（NISQ，含噪聲中等規模量子計算機）尚未能破解主流密碼，但這已帶來前瞻性風險——即“現在截獲，未來解密”（Harvest Now, Decrypt Later）攻擊：
攻擊者當前可截獲加密數據（如政府通信、金融交易、醫療隱私）并存儲，無需即時破解；
待未來通用量子計算機成熟（能運行Shor算法）后，再回溯解密這些歷史數據，導致當前的“長期敏感數據”（如軍事機密、個人身份信息）失去保密性。
這種威脅對“數據生命周期長”的領域（如國防、金融、政務）尤為致命，也是全球推動“抗量子密碼學（PQC）標準化”的核心動因之一（如美國NIST的后量子密碼標準化項目、中國的SM9等算法升級）。
四、傳統密碼學的“風險分層”與應對方向
| 傳統密碼類別 | 核心威脅算法 | 安全風險等級 | 短期應對方案 |
|---|---|---|---|
| 非對稱密碼（RSA/ECC） | Shor算法 | 顛覆性（高） | 逐步替換為抗量子密碼（PQC） |
| 對稱密碼（AES） | Grover算法 | 有限（中） | 升級密鑰長度（128→256位） |
| 哈希函數（SHA-256） | Grover算法 | 有限（中） | 升級輸出長度（256→512位）或用SHA-3 |
五、抗量子密碼學算法
抗量子密碼學算法的發展現狀呈現出標準化加速推進、技術路線多元化、應用場景逐步落地的特點，同時也面臨算法效率、兼容性和全球協同等挑戰。
1.NIST主導的國際標準落地
美國國家標準與技術研究院（NIST）的后量子密碼標準化項目已進入第四輪評估，2025年3月正式選定Hamming Quasi-Cyclic（HQC）算法作為密鑰封裝機制（KEM）的備選標準，與核心算法ML-KEM形成互補。NIST計劃2027年發布最終標準，涵蓋數字簽名（如Dilithium）、密鑰交換（如Kyber）和哈希簽名（如SPHINCS+）三大類算法，并同步制定遷移指南（如NIST SP 800-227）以指導企業過渡。
2.中國自主體系加速構建
中國在2025年2月啟動新一代商用密碼算法征集，明確要求算法需同時抵抗經典與量子攻擊，并推動國產算法（如Aigis系列）參與國際競爭。例如，LAC-PKE密鑰封裝方案已進入NIST第二輪評估，成為國內唯一入選的公鑰算法。此外，吉大正元、格爾軟件等企業推出全棧解決方案，支持NIST標準與國密算法的混合部署，在金融、政務領域開展試點。
3.歐盟與日本的差異化布局
歐盟：ETSI在2025年3月發布首個后量子加密標準TS 104 105（Cover Crypt），通過混合加密機制實現“前量子+后量子”雙安全層，密鑰封裝/解封耗時僅數百微秒，可無縫集成現有系統。英國NCSC建議關鍵行業在2028年前制定遷移計劃，2035年完成全面升級。
日本：東京大學團隊開發的多變量簽名算法QR-UOV成為日本唯一進入NIST第二輪評估的方案，其公鑰尺寸較傳統UOV算法縮減50%，驗證效率提升30%。東芝等企業則通過“量子密鑰分發（QKD）+后量子密碼”混合方案，實現站點間VPN通信的高可用性與抗量子安全性。
六、應用實踐
1.金融與政務領域的先行探索
某國有銀行通過格爾軟件的抗量子密碼服務平臺，實現核心交易系統的Dilithium簽名替換，單筆交易耗時從12ms降至8ms，同時支持與現有SM2證書體系的兼容。
加拿大政府要求聯邦部門在2031年前完成高優先級系統遷移，優先替換處理個人隱私數據（如醫療記錄）的加密模塊。
2.云計算與物聯網的技術整合
亞馬遜AWS自2020年起為KMS服務提供后量子TLS 1.3支持，2025年進一步將Kyber-1024設為默認算法，密鑰生成延遲降低至傳統ECC的1.5倍。
博通Emulex Secure HBA芯片集成Kyber和SPHINCS+，通過硬件加速實現端到端存儲加密，符合歐盟DORA法規對關鍵基礎設施的安全要求。
3.通信協議的升級改造
TLS 1.4標準已納入ML-KEM和Dilithium作為強制支持算法，Firefox和Edge瀏覽器均在2025年實現默認啟用。
信號（Signal）等加密通信應用采用PQDXH協議，結合X25519和Kyber實現前向保密，抵御“現在截獲、未來解密”攻擊。
總結
簡言之，量子計算機對傳統密碼學的影響并非“一刀切”：非對稱密碼需全面替換，對稱密碼和哈希函數可通過“參數升級”過渡，而“HNDL攻擊”則要求行業提前布局抗量子密碼的落地，避免未來出現“安全真空”。抗量子密碼學正從理論研究走向規模化應用，標準化進程的加速與技術路線的多元化為全球網絡安全提供了堅實基礎。盡管面臨性能、兼容和長期安全等挑戰，但通過政策引導、產業協作和技術創新，抗量子密碼學有望在2030年前完成對傳統密碼體系的替代，為數字社會構筑抵御量子威脅的“第二道防線”。未來，隨著量子計算與抗量子密碼的持續博弈，動態加密、混合架構和跨學科融合將成為技術發展的核心方向。
