現代非對稱密碼學的關鍵是創建一個方程，該方程在一個方向上很容易求解，但很難被另一個方向的對手逆轉。傳統上，這是通過模算術完成的，其中使用較大的素數模數和生成器來生成密鑰，盡管有多種方法可以做到這一點。

這種單向函數的強度是通過反轉它所需的時間和計算能力來衡量的。ECC 256 被許多人認為是現代密碼學的黃金標準之一，使用當前的計算和功能需要數百萬年才能破解。當今的加密標準在保護 IoT 設備中的實時和歷史數據方面綽綽有余。

然而，當我們展望未來時，這種情況會發生變化。美國國家科學與技術研究所（NIST）和歐盟正在為2030年代初推出的首臺量子計算機做準備。量子計算機是一種全新的機器，它利用量子力學原理來解決目前超出當今計算機范圍的復雜問題。量子計算機曾經被認為是科幻小說，但現在正越來越接近現實，IBM 和 Google 是引領潮流的公司之一。

對于制藥商、化學家、材料科學家和其他將利用量子計算推動其領域進步的人來說，這是個好消息。然而，對于希望看到現代密碼學（如 ECC-256）在短短幾天內被量子計算機破解的安全專業人員來說，這是一個壞消息。

IoT 安全性

當今用于物聯網 （IoT） 的低功耗廣域 （LPWA） 芯片組的電池壽命為 15 年。今天部署的智能電表和其他智能設備應該與量子計算機時代有一些重疊。五年內部署的設備很可能不得不與量子計算機相抗衡。這種預期的重疊將使當今集成能夠承受量子計算機功能的加密解決方案似乎是謹慎的。

不幸的是，事情并沒有那么簡單。NIST 等政府機構、麻省理工學院和斯坦福大學等大學、IBM 和 NXP Semiconductors 等私營公司都在對后量子世界的密碼學進行了大量研究。這些解決方案可能適用于某些類型的連接設備，例如汽車，這些設備支持高吞吐量并具有可再填充的電源。然而，許多低端 LPWA IoT 設備缺乏支持這些擬議方法所需的內存、功率和吞吐量。今天為 15 年后的問題添加這些功能將顯著增加芯片的尺寸和成本。

第二個挑戰與解決方案本身有關。市場對后量子密碼學并不熟悉。今天正在開發的任何基于不同數學的新加密方法都可能被發現存在漏洞和開放的攻擊向量。

使這個問題進一步復雜化的是緊迫性問題。我們不知道量子計算機何時才能真正開發出足夠數量的量子比特來破解復雜的加密。一旦它們被開發出來，它們將歸政府和大學所有，使用它們每小時可能花費數萬美元。考慮到所有這些因素，人們是否真的會使用這些資源來入侵水表和電表等 LPWA 物聯網設備，這很可能會給黑客帶來負投資回報？

尋找正確的方法

組織目前正在評估兩種方法中的一種。第一種方法是開發當量子計算機成為威脅時可以升級的產品。這種加密敏捷性是處理后量子密碼學方法所必需的，使制造商能夠在控制成本的同時繼續開發設備。

第二種方法是集成并開始使用高級加密功能，這些功能在面對量子計算機時被認為是安全的。然而，這種方法將在許多領域產生影響。例如，如果水表或跟蹤設備配備了未來加密功能，那么試圖合法訪問這些設備的計算機和設備必須擁有良好的加密功能。這對整個生態系統來說都是一次重大升級。

務實的觀點

如果以史為鑒，那么加密功能很可能會發展。威脅行為者通常會在獲得批準后找到破解加密的方法，這導致了密碼學的進步。這意味著今天推進一種方法存在重大風險。設備成本會增加，使它們更難銷售，特別是因為它們的安全機制是當今不存在的問題的解決方案。這也意味著公司可能會花費數百萬美元來構建面向未來的設備，卻發現他們的量子安全方法有問題。

加密也不是一個放之四海而皆準的解決方案。數據類型和設備類型很重要。歷史水表數據幾乎沒有價值，而患者的健康記錄可能具有很大的價值。在大多數情況下，兒童書包中的實時跟蹤器需要更高程度的安全性，而不是簡單地防止量子計算機解密存儲的加密位置數據以揭示兒童的歷史活動的未來威脅。

這些挑戰表明，目前最好的方法可能是開始開發可升級并支持加密敏捷性的產品。他們應該最大限度地減少對未來加密方法的投資，同時確保其硬件和軟件具有支持未來方法的內存、吞吐能力和性能。

與此同時，該行業必須繼續調查后量子世界的風險和挑戰。互聯設備的長期可行性需要對 LPWA 友好的解決方案，并且在開發時將生態系統和商業需求放在首位。負責保護 LPWA 物聯網的各方將共同創建一個全球標準，使用戶能夠在后量子時代保持對互聯世界安全性的信心。

Avishay Shraga 是 Sony Semiconductor Israel 的高級總監 （CTO） 兼安全技術主管