经过多年的评审与筛选，美国国家标准与技术研究院（NIST）本周正式敲定了三项用于应对量子计算威胁的加密算法，这标志着全球首批后量子（post-quantum）安全加密标准的诞生。
早在2016年，随着量子计算技术逐渐从理论走向现实，NIST便呼吁全球密码学家开发新的加密标准，以应对量子计算可能带来的威胁。传统的加密算法如RSA，因其基于大数分解等问题，在量子计算机面前不堪一击。
首批三项标准胜出
经过数年评审，NIST从69个提交的算法中筛选出了三项新标准，分别是ML-KEM、ML-DSA和SLH-DSA，有望将成为NIST量子安全战略的基石。
以下是首批通过的三项后量子加密标准：
ML-KEM是基于模块格的密钥封装机制，速度很快，适用于快速加密操作，如安全访问网站。ML-DSA则是用于数字签名的标准，能够确保文件或软件在传输过程中的完整性和真实性。SLH-DSA同样是一种数字签名标准，但其安全性更强，代价是需要更大的签名或更长的签名生成时间。值得注意的是，另一个名为Falcon的算法也通过了初审，但尚未被选为首批标准之一。NIST表示，将继续评估其他算法，并计划在未来几个月内宣布约15个进入下一轮测试和分析的算法。
新标准的基石：格密码学
成为首批标准的三个算法均基于格密码学（Lattice-based cryptography），是一种与传统密码学大相径庭的数学机制。这三种新算法都是为非对称加密而设计的，即用于对消息进行编码的密钥与用于对消息进行解码的密钥不同。
格密码学利用“背包问题”等复杂数学问题，不仅对传统计算机具有极大的挑战性，量子计算机同样难以破解。
IBM密码学研究员Gregor Seiler表示，所谓的“背包问题”是指：从一组非常大的数字中取出一些数字并将它们相加。总数是另一个大数。数字相加很容易。但要弄清楚哪些数字被用来加到这个总数是非常困难的。基于格的密码学采用了这个想法，并增加了难度。背包里不再装满数字，而是装满了向量。
向量子安全迁移
除了数学加密算法之外，NIST还公布了相关的实现细节。
NIST量子加密标准化项目负责人、数学家达斯汀·穆迪（Dustin Moody）表示，尽管未来还会有更多标准出台，但企业应立即开始使用首批三个后量子加密标准，以应对潜在的量子计算攻击风险。他指出，这三项算法将成为主要的量子安全标准，其他标准则作为备选方案，以应对未来可能出现的安全挑战。
“我们不必等待未来的标准，”穆迪在公告中表示：“请立即开始使用这三项标准。我们需要做好准备，以防现有标准遭到攻破，我们也将继续制定后备计划以确保数据安全。但对于大多数应用来说，这些新标准将是主角。”
企业需要注意的是，量子安全加密比以前的加密演变更加复杂，因为算法与传统加密有很大不同，因为有多种不同的算法可用于不同的用例，并且软件供应链比以往任何时候都更加复杂。
总之，随着算法的更新迭代，企业需要保持灵活性，才能迅速适应新的、更有效的量子加密安全标准。
参考链接：
https://www.nist.gov/news-events/news/2024/08/nist-releases-first-3-finalized-post-quantum-encryption-standards
