网络安全的未来取决于制造更棘手的问题

保护敏感在线数据的网络安全在很大程度上取决于解决一种非常非常困难的数学问题的难度。

坏消息是：量子计算机非常非常擅长解决目前使用的问题类型。好消息是：世界各地的密码学家和编码理论家都在寻找当代计算机和量子计算机都难以解决的新问题。

在《美国科学家》3-4月版的一篇特邀评论文章中，弗吉尼亚州西南部的数学教授兼英联邦网络倡议主任格雷琴·马修斯（Gretchen Matthews）谈到了新的难题，这些问题可以支持当今计算设备的密码学，但也可以抵御来自配备量子计算机的对手的攻击。

量子计算机建立在原子水平和原子水平以下的物理学特性之上，其设计与今天的机器完全不同。当这项新兴技术得到充分开发时，它有望通过模拟分子和药物发现、解决复杂的交通和网络流量问题以及预测和缓解气候危机的工具，将我们的技术进步扩展到飞跃。然而，另一方面，它们也将提供拆除大多数数字安全的关键。

尽管美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology）正在为先进密码系统的推出奠定基础，但现代社会可能正在经历一个坎坷的过渡。

“总有一天，大规模、可靠的量子计算将成为现实，但可能只有一些资源丰富的群体才能使用，”马修斯说。“除非我们迅速采取行动，否则这将是安全领域最终不公平的竞争环境。

Matthews 的专业领域基于编码理论的基于代码的密码学是为数不多的能够构建量子安全密码系统的数学技术之一——对当今的计算机和未来的量子计算机都具有弹性。

它的工作原理是引入错误或失真，使信息对未经授权的用户保密。授权用户可以解码消息，但窃听者仍然无法理解代码和加密数据。

自 1940 年代后期以来，数学家一直在探索这些“纠错码”，编码理论为 CD、DVD 甚至 5G 等技术奠定了基础。

“值得庆幸的是，编码理论已经在我们的武器库中，尽管它正在以新颖和意想不到的方式应用于构建量子安全密码系统，”马修斯说。

Matthews与弗吉尼亚理工大学和其他地方的其他研究人员一起，正在研究在不产生安全漏洞的情况下加速和压缩代码的方法。

“这是一次难以实现的走钢丝，一长串尝试和破解的代码证明了这一点，”马修斯说。“但这个过程推动了该领域的发展，并导致了新的、可能更安全的密码系统。

除了那些支持密码系统安全性的问题之外，其他难题仍然存在，例如：实现是什么样的？谁应该转换为这些新的量子安全密码系统？哪种系统最适合特定应用？

研究人员正在借鉴和迭代长期存在的难题，以在此时此地和量子未来保护我们的数据。

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