量子計算如何威脅現有的密碼系統

理解密碼學在資料安全中的角色

密碼學是現代數位安全的基石。它運用複雜的數學演算法來保護敏感資訊，確保隱私和資料完整性，涵蓋範圍從網上銀行與電子商務到政府通訊。傳統的密碼系統如 RSA（Rivest-Shamir-Adleman）和橢圓曲線加密依賴於某些問題在計算上的困難性，例如大數分解或離散對數問題。這些問題被認為在合理時間內由經典電腦幾乎不可能解決，因此被視為可靠的資料保護手段。

然而，這種安全假設建立在當前計算能力限制之上。隨著科技進步，也出現了可能挑戰這些假設的新方法——尤其是量子計算。

量子電腦的能力

量子電腦利用量子力學原理，如疊加和糾纏，以達到經典電腦無法企及的運算速度。不同於傳統比特只能是0或1，量子比特（qubits）可以同時處於多個狀態中，讓量子機器能夠並行處理大量可能性組合。

其一個主要優勢是能以指數級速度解決某些特定類型問題。例如：

• 大數分解：像 Shor’s 演算法可以高效地將整數分解——這正是RSA加密背後的重要基礎。
• 離散對數問題：同樣容易受到攻擊的是依賴離散對數問題的橢圓曲線加密系統。

換句話說，一旦出現足夠強大的量子電腦，它們就有潛力破解目前全球廣泛使用的大多數加密方案。

對現有加密系統的影響

這種威脅具有深遠意義：

• 敏感資料面臨風險：今天存儲的重要資訊，例如個人健康記錄或金融交易，如果用易受攻擊的方法進行加密，一旦出現具備相應能力的量子電腦，就可能被破解。
• 安全通訊受到威脅：像 HTTPS 和 VPN 等協議高度依賴 RSA 或橢圓曲線技術，其安全性未來都可能因為量子攻擊而崩潰。

此威脅並非空穴來風；資安專家已警告若不提前採取措施，目前標準化的加密方式很快就會變得過時。

最近關於抗量子的技術進展

意識到這些風險後，研究人員一直致力於開發抵禦潛在「量子威脅」的方法：

• 抗量子 cryptography（後量子 cryptography, PQC）：專門設計來抵擋經典與 quantum 電腦攻擊的新型演算法。

2025年5月，瑞士科學家宣布研發出一款名為 QS7001 的先進晶片，用以保障資料免受未來 quantum 攻擊，是向實用化 post-quantum 通信方案邁出的重要一步。

同時，大型科技公司如 IBM 也持續探索結合傳統 AI 與新興技術的方法，包括早期嘗試將 PQC 融入既有架構，以迎接由先進運算能力帶來的新挑戰。

市場增長與投資趨勢

全球範圍內，由政府及私營企業推動下，對於 quantum 計算市場正快速成長：

• 預測至2030年產值約介乎71億至75億美元之間。

此增長反映了硬件突破、以及業界對網絡安全漏洞日益重視，也凸顯了轉向更具韌性的 encryption 方法迫在眉睫，在普及之前必須完成轉型。

若不採取行動會帶來何種後果？

若忽視這些威脅，可能導致嚴重後果：

• 必須迎來「encryption 革命」——徹底改變當前標準，加強抵禦強大 quantum 攻擊的新協議。
• 政府或會制定規例要求企業必須在一定期限內採用 post-quantum cryptographic 解決方案。
• 涉及多年存儲敏感資訊的大規模資料外洩事件將成常態—除非我們現在就積極應對措施。

以上情況凸顯理解此快速演變領域的重要性，不僅關乎技術，更涉及維繫全球信任與資訊安全體系穩固性的核心議題。

要保持領先，我們需要持續研究新興漏洞、開發針對性防禦策略。在實現實用大型 quantum 計算能力日益逼近之際，各界合作——包括學術界、產業巨頭、政策制定者以及資安專家——共同努力塑造具有韌性的智慧生態系，以應付明天挑戰，同時守護我們今日最寶貴的数据資產。