是否存在即使使用量子计算机也无法破解的加密方法?


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众所周知,量子计算机能够在多项式时间内破解各种各样的密码算法,以前认为这些算法只能通过随着密钥的位大小呈指数增长的资源来解决。Shor算法就是一个例子。

但是,据我所知,并非所有问题都属于此类。关于为量子计算机制造难题,我们可以阅读

研究人员已经开发出一种计算机算法,该算法不能解决问题,而是为了评估量子计算机而创建问题。

我们还能期待一种即使使用量子计算机也很难破解的新密码算法吗? 为了清楚起见:这个问题专门针对新算法的设计

Answers:


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你的问题的标题请求是不可能被破解的技术,到了一次一密(OTP)是正确答案,如在其他的答案中指出。OTP在信息理论上是安全的,这意味着在查找消息时,对手的计算能力不适用。

但是,尽管从理论上讲是完全安全,但OTP在现代密码学中的使用却有限。在实践中很难成功使用

重要的问题确实是:

我们还能期待一种即使使用量子计算机也很难破解的新密码算法吗?

非对称密码

非对称加密包括公共密钥加密(PKE),数字签名和密钥协商方案。这些技术对于解决密钥分发和密钥管理问题至关重要。密钥分发和密钥管理是不可忽略的问题,它们在很大程度上阻碍了OTP在实践中的使用。如果没有能够从不安全的通信通道创建安全的通信通道的能力,今天的互联网将无法运行,这是非对称算法提供的功能之一。

Shor算法

Shor的算法对于解决整数分解和离散对数的问题很有用。这两个问题为广泛使用的方案(例如RSADiffie-Hellman)的安全性提供了基础。

NIST 目前正在评估后量子算法的提交内容,后量子算法是基于被认为可以抵抗量子计算机的问题的算法。这些问题包括:

应该注意的是,可能存在解决上述问题的经典算法,只是这些算法的运行时间/准确性对于实际解决大型实例是不允许的。当给定解决订单查找问题能力时,这些问题似乎无法解决,而这正是Shor算法的量子部分所要做的。

对称密码学

当搜索未排序的列表时,Grover的算法可提供二次加速。这实际上是强行使用对称加密密钥的问题。

与解决Shor算法相比,解决Grover算法相对容易:只需将对称密钥的大小加倍。256位密钥可为使用格罗弗算法的对手提供128位的抵抗暴力的能力。

Grover的算法还可用于哈希函数。再次解决方案很简单:将哈希输出的大小加倍(如果您使用的是基于海绵构造的哈希,则将容量加倍)。


您引用了一个时间垫:为什么在实践中它没有用?但是我们不能使用BB84量子算法来确保私钥被安全共享吗?
JanVdA

@JanVdA您看到过这个问题和答案以及这个吗?理论上,在一定的假设条件下,“是”。实际上,这不是那么简单。例如,IDQuantiques设置不会从信息理论保证中受益,因为它们使用QKD共享的AES密钥而不是OTP密钥。这样做的原因再次是实用性。1/2
Ella Rose

2/2有些理论技术带有某些假设,这些假设使您无需QKD即可共享OTP密钥:定期与希望与之通信的人安全地会面,并在物理介质上交换密钥材料(并假设是使用后正确销毁)。从理论上讲,它是有效的。实际上,它不会。实用性对于采用至关重要。
Ella Rose

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我想有一种使用量子计算机无法破解的加密方式:一次性密码锁,例如Vigenère密码。这是带有键盘的密码,该密码至少具有编码字符串的长度,并且只能使用一次。即使使用量子计算机也无法破解该密码。

我将解释原因:

假设我们的明文是ABCD。对应的键可以是1234。如果对它进行编码,则会得到XYZW。现在,您也可以使用1234获取ABCD4678获取EFGH可能是有效句子的内容。

因此,问题在于没有人可以决定您的意思是ABCDEFGH不知道您的钥匙。

可以破解这种加密的唯一原因是用户很懒,并且两次使用了密钥。然后您可以尝试破解它。其他问题是,如@peterh所说,一次性键盘需要共享一个秘密频道


还可能值得注意的是,存在一次性垫量子模拟
Sanketh Menda '18


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紧跟Ella Rose的答案:当今使用的大多数实用加密方案(例如Diffie-Hellman,RSA,椭圆曲线,基于格的)都以解决隐藏子组问题(HSP)的难度为中心。但是,前三个以HSP为中心的阿贝尔族。阿贝尔群的HSP可以通过量子傅里叶变换有效地解决,该变换例如通过Shor算法实现。因此,它们容易受到量子计算机的攻击。另一方面,大多数基于晶格的方法都围绕用于二面体的HSP组,它们是nonabelian。量子计算机不被认为能够有效地解决nonabelian HSP,因此这些算法应该能够实现量子后加密。

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