【臺灣資安大會直擊】為對抗量子電腦攻擊手法，後量子加密PQC演算法有望變成未來全球加密與數位簽章新標準

由於量子電腦技術發展越來越成熟，對於現有加密機制也帶來不小挑戰。有過長達20年密碼學研究經驗的臺大數學系兼任助理教授陳君明就表示，為了因應未來基於量子電腦攻擊手法的出現，一種新的後量子加密PQC演算法，正在發展中，甚至有機會成為未來全球加密與數位簽章新標準。

陳君明過去在密碼學、破密學、後量子密碼學研究方面很有經驗，更是一家專做硬體密碼模組的資安科技公司董事長，在業界實務經驗十分豐富。

一般來說，現今的密碼系統，大致上可分為對稱密碼與公鑰密碼兩類。前者如手機硬體加密，或是網路HTTPS加密通道經常使用的AES加密演算法，就是這一類， 另外不少提款卡、金融卡，和銀行系統也都有採用類似對稱加密系統。後者，則以RSA、ECC與DHKE為代表，例如比特幣等虛擬貨幣就是採用ECC（橢圓曲線加密演算法）做為它的數位簽章機制，又如內政部的自然人憑證，則使用RSA加密，以此來確認使用者身分。

陳君明也以更簡單易懂的方式，來說明兩者的差異。他形容，對稱密碼就像是保險箱，不論放或拿出文件，都只能用同樣或對稱鑰匙（加解密）才能打開鎖頭拿走裡面的文件。反之，公鑰密碼則像是信箱，任何人都能把信（透過公鑰）放進信箱，但只有信箱主人，才有鑰匙（私鑰）打開信箱來收信，看到信裡的內容。

一直以來，不論是採用對稱密碼，或公鑰密碼加密，使用上都相當安全，駭客就算想要破解也很難，以公鑰密碼系統為例，一個RSA 1024非對稱加密，其公鑰是1024位元大整數，透過質因數分解，即使用最快的演算法來解出私鑰，以現在的電腦架構來說，單一核心來做計算，至少要花上3千萬年才能解開。

但陳君明直言，未來一旦量子電腦成熟後，現今密碼系統，就可能會招架不住，「尤其，對公鑰密碼系統的衝擊最大，甚至有可能帶來毀滅性的影響。」他明白表示，現今一些虛擬貨幣、自然人憑證常使用的加密機制，如RSA、ECC等，以後很多都不再能用，就算用了，也很快就會被擁有超高算力的量子電腦攻擊手法破解，進而產生資安威脅。

他進一步說明，量子電腦的厲害之處，在於很會解高難度的計算難題，舉例來說，當用它解質因數分解或離散對數等的計算問題時， 效果就完勝現今的電腦，因此量子電腦就很適合用來破解公鑰密碼系統。如RSA等。

近幾年，在IBM、英特爾、Google等硬體、科技大廠相繼投入下，也加快量子電腦發展腳步，不只將量子位元（qubit）的數量，一舉提高到最多72個，還有商用量子電腦問世，可提供多達53個量子位元。當量子位元數量持續增長，並被駭客拿來用於密碼系統的破解，也將對公鑰密碼系統造成威脅，

甚至先前曾有專家就提出警告，在2026年，以量子電腦來破解現有公鑰系統，每7次只會有一次成功，但到了2031年，機率將提高到二分之一。

儘管，距離量子破密的日子還有段時間，但為了提早因應，現在也有一些可用來對抗量子電腦攻擊的作法出現，其中又以後量子密碼系統（PQC, Post-Quantum Cryptography ）最受囑目。

相比其他作法，他提到，使用PQC系統有兩個好處，一個是建置與研發成本較低，可以直接用於現行的電腦與系統之中，另一個則是能納入使用公鑰加密技術的數位簽章機制。

為了要能夠與量子電腦攻擊相抗衡，PQC本身也融合多領域密碼知識，包括編碼密碼、網格密碼、多變量密碼、雜湊密碼，以及超奇異橢圓曲線同源密碼等。

現在，也有一些國家正在制定新標準，就是要用來對抗未來量子電腦攻擊。像是曾制定出AES和DES加密標準的美國標準與科技研究院（NIST），早從幾年前就在著手進行PQC的國家標準制定。在歷經3年制定，前一陣子，NIST更公布了進入決選的7個PQC演算法， 其中有4個是加解密演算法，分別為Classic McEliece、CRYSTALS-KYBER、NTRU、SABER，其餘三個是數位簽章，則有CRYSTALS-DILITHIUM、FALCON、Rainbow。未來將從這裡面選出加解密與數位簽章標準，成為美國對抗量子電腦攻擊的新標準。

陳君明估計大約一年到一年半後，新標準就會確定，未來一旦制定成美國國家標準，這些標準很快就會成為國際標準，在全球通用，屆時，將會取代現有的公鑰密碼系統，這也意味著，將大大的衝擊到現在這些使用公鑰密碼加解密的服務及應用，如比特幣、自然人憑證等，未來就需要替換成採用PQC當作新標準的數位簽章。

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