什么是量子計算機？

它是當今世界最新型的計算機，被譽(yù)為“夢(mèng)想的超高速計算機”。它擁有無(wú)可比擬的運算速度，甚至比當今的超級計算機還要快1億倍。它的出現勢必掀起各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)革新狂潮，推動(dòng)人類(lèi)文明的發(fā)展。目前，學(xué)術(shù)界有觀(guān)點(diǎn)認為：距離量子計算機實(shí)際應用的日子已經(jīng)不遠，而其一旦投入實(shí)際使用，目前耗時(shí)數十年的計算工作（例如：氣象預測和基因組分析等）有望在幾小時(shí)完成。

但是，量子計算機的強大處理能力也是一把雙刃劍。未來(lái)，我們在享受其帶來(lái)的便捷生活的同時(shí)，也將面臨各種始料未及的風(fēng)險。最直接的后果就是：保障當前通信安全的傳統密碼，例如“RSA密碼”¹，很可能在短時(shí)間內被輕易破解。
1RSA密碼：當今主流的密碼技術(shù)之一。其特點(diǎn)是：“采用質(zhì)因數分解的方法，將大整數分解成質(zhì)數相乘的形式”，是世界首個(gè)既可用于數據加密，又可用于數字簽名的加密算法。

如果密碼無(wú)法保護機密信息，那么網(wǎng)上購物和虛擬貨幣交易將暴露于風(fēng)險之中，引發(fā)一連串的嚴重問(wèn)題。這是普及量子計算機面臨的最大難題。為迎接即將到來(lái)的量子計算機時(shí)代，世界各國的技術(shù)研發(fā)部門(mén)正在積極探索全新的密碼技術(shù)，以確保量子計算機時(shí)代的用戶(hù)信息安全。

一、量子計算機無(wú)法破解的密碼體制是什么？

東芝研發(fā)中心的秋山浩一郎表示：“關(guān)于量子計算機實(shí)用化的具體時(shí)間，目前尚無(wú)法預測。但可以確定的是，量子計算機遲早會(huì )投入使用。當然，量子計算機并非全無(wú)漏洞，輕易破解傳統密碼體制的風(fēng)險就嚴重推后了其實(shí)用化的時(shí)間。目前，我們急需解決來(lái)自?xún)煞矫娴碾y題：技術(shù)方面和法律方面。作為技術(shù)工作者，我們會(huì )在技術(shù)領(lǐng)域竭盡全力，以求早日研發(fā)出可靠的密碼體制，確保用戶(hù)的信息安全?！?/p>

早在2000年前后，東芝就與日本北海道教育大學(xué)一起，著(zhù)手基礎研討工作。隨后，東京大學(xué)與日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所也加入進(jìn)來(lái)，成立了聯(lián)合研究團隊，正式開(kāi)始密碼技術(shù)的研發(fā)工作。

東芝研發(fā)中心秋山浩一郎

公鑰密碼到底是怎樣的技術(shù)呢？秋山結合東芝研究團隊的抗量子計算公鑰密碼技術(shù)概要，為大家進(jìn)行了講解。

秋山介紹道：“公鑰密碼按字面意思，就是公開(kāi)加密時(shí)所用的‘密鑰’。雖然用戶(hù)使用該公鑰進(jìn)行加密，但使用公鑰本身卻無(wú)法解讀密碼。信息接收端必須擁有另一套私鑰才能解讀密碼。既然公鑰密碼使用公開(kāi)密鑰（公鑰），就會(huì )存在這樣一種風(fēng)險：有人將公鑰作為線(xiàn)索破解密碼。但是，這種破解密碼的運算需要極長(cháng)的時(shí)間，實(shí)際應用中幾乎無(wú)法實(shí)現，所以公鑰密碼技術(shù)仍是安全的。此次研發(fā)的抗量子計算公鑰密碼技術(shù)采用了‘非線(xiàn)形方程式’算法，其運算難度遠超傳統算法，能夠確保密碼安全。”

此前，學(xué)術(shù)界也曾提出過(guò)很多“抗量子計算公鑰密碼”技術(shù)。其中，“格密碼”技術(shù)最具代表性，它采用的是“基于格的最短向量問(wèn)題”這種超難問(wèn)題算法方式，即使是當前的量子計算機也難以破解。但是，這需要龐大的公鑰密碼以增加運算難度，這就讓公開(kāi)密鑰的數據量變得龐大，因此難以實(shí)際應用。

而東芝此次研發(fā)的技術(shù)則不存在此類(lèi)問(wèn)題。它在非線(xiàn)形方程式的答案中，選擇最短算式作為密鑰，大大削減了密鑰的數據量。此外，東芝研發(fā)的技術(shù)還可以克服傳統格密碼所存在的一定概率解密失敗的課題。

“有學(xué)者認為：新一代密碼技術(shù)市場(chǎng)將早于人們預期，在2020年啟動(dòng)，到2030年，其市場(chǎng)規模將增長(cháng)到2.1兆日元。因此，量子計算機難以破解的密碼技術(shù)將扮演舉足輕重的角色，成為社會(huì )基礎設施的強大后盾。我們目前正在致力于密碼技術(shù)的研發(fā)工作，旨在應對未來(lái)幾十年量子計算機的實(shí)用化需求?！?/p>

二、抗量子計算公鑰密碼技術(shù)會(huì )給生活帶來(lái)哪些影響？

目前，各國正在夜以繼日地進(jìn)行著(zhù)量子計算機的研發(fā)工作?？紤]到性能和成本等因素，一般用戶(hù)使用量子計算機的日子還很遙遠。但是，不遠的將來(lái)，政府機關(guān)和一般企業(yè)將會(huì )根據業(yè)務(wù)需求，在技術(shù)可控的范圍內，引進(jìn)量子計算機投入實(shí)際使用。

如果上述夢(mèng)想成真，量子計算機被濫用于破解密碼的風(fēng)險必將突顯。那也正是我們此次研發(fā)的抗量子計算公鑰密碼技術(shù)大顯身手的好時(shí)機。

“抗量子計算公鑰密碼與目前的RSA密碼一樣，不為一般用戶(hù)所知，默默無(wú)聞地發(fā)揮著(zhù)巨大的作用。量子計算機的實(shí)際應用自然能讓我們的生活變得更加方便，但如果抗量子計算公鑰密碼體制的實(shí)用化步伐沒(méi)能及時(shí)跟上，在信息安全方面無(wú)法維持現有的安全體制，通信領(lǐng)域的便利性也將不復存在。量子計算機時(shí)代真正到來(lái)之時(shí)，不應給人們生活帶來(lái)困擾，而應保持社會(huì )的平穩運行。因此，確立保障現有便利生活的密碼技術(shù)是當務(wù)之急。”

總而言之，量子計算機時(shí)代離不開(kāi)新一代密碼技術(shù)的支持，只有這樣，人們才能在享受量子計算機帶來(lái)的高效生活的同時(shí)，不必擔心數據安全問(wèn)題，可以和以前一樣，用郵件收發(fā)重要文件，用線(xiàn)上支付的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )購物。換個(gè)角度考慮，量子計算機有了強大的密碼技術(shù)作后盾，安全性得到了保障，也必將以更快的速度得到推廣普及。在即將到來(lái)的量子計算機時(shí)代，有了東芝抗量子計算公鑰密碼技術(shù)的加持，安全高效的未來(lái)生活不再是夢(mèng)想！