雖然生成式人工智能幾乎吸引了每一位首席信息官的注意力，但量子計算正開始占據(jù)中心舞臺。在量子計算為產(chǎn)業(yè)做好準備后不久，就需要有一個簡單的接口，即使是最不懂技術(shù)的高管也可以使用它。CIO說：“然后它將像今天的生成式人工智能一樣迅速占據(jù)前沿。”
圖源：Y. COLOMBE /?NIST
【睿觀：自1990年代起，量子計算對加密系統(tǒng)的潛在威脅已為人所知。Peter Shor在1994年發(fā)展的量子算法，能夠在大型量子計算機上破解當今所有基于RSA、Diffie-Hellman和橢圓曲線的公鑰加密系統(tǒng)，這些系統(tǒng)是當前保護隱私的基石。盡管目前的量子計算機還不能有效運行Shor算法，預計在未來5到15年內(nèi)，能夠破解現(xiàn)有加密系統(tǒng)的量子計算機將成為現(xiàn)實。
為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，美國國家標準與技術(shù)研究所（NIST）自2016年起發(fā)起了一項全球倡議，旨在開發(fā)即便在量子計算時代也能保持數(shù)據(jù)安全的加密算法。NIST計劃于今年夏天發(fā)布量子密碼學（PQC）算法。雖然這些新標準主要為美國政府機構(gòu)制定，但預計全球多個政府和公司將采用這些標準。英國、德國、法國、荷蘭等國家以及國際標準化組織（ISO）已表示將采用NIST批準的PQC解決方案。
首席信息官和技術(shù)領(lǐng)導者應(yīng)采取措施準備量子密碼學的變革，包括進行加密系統(tǒng)的審計、規(guī)劃資金和人力資源以支持過渡、測試新算法、以及評估供應(yīng)鏈合作伙伴的準備情況。此外，他們應(yīng)考慮加強數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用?，以防止未來的“先存儲，后解密”攻擊，這對醫(yī)療保健、金融服務(wù)和教育等領(lǐng)域尤其關(guān)鍵。
量子計算的發(fā)展也將為金融服務(wù)等行業(yè)帶來新的機遇，如優(yōu)化投資組合、量子機器學習和金融模擬。匯豐銀行等機構(gòu)已開始探索量子技術(shù)的潛力，并將NIST的PQC工作納入其量子技術(shù)計劃的核心部分。
盡管量子計算目前尚處于初步階段，僅能解決有限的問題，但其在設(shè)備開發(fā)、軟件、云服務(wù)和應(yīng)用程序開發(fā)方面的市場已超過10億美元。隨著技術(shù)的成熟，量子計算預計將迅速改變多個行業(yè)的競爭格局，為機器學習、材料科學和化學研究等領(lǐng)域帶來革命性的進展。
總之，量子計算對現(xiàn)有加密系統(tǒng)構(gòu)成的威脅促使了后量子密碼學的發(fā)展，全球正積極準備迎接量子時代的到來。首席信息官和技術(shù)領(lǐng)導者需采取前瞻性措施，以確保數(shù)據(jù)安全并利用量子計算帶來的新機遇?！?/span>
馬里蘭州National Institute for Standards and Technology/NIST（美國國家標準與技術(shù)研究院。直屬美國商務(wù)部，從事物理、生物和工程方面的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，以及測量技術(shù)和測試方法方面的研究，提供標準參考數(shù)據(jù)及有關(guān)服務(wù)，在國際上享有很高的聲譽。）Post Quantum Cryptography/PQC（后量子密碼學。是在經(jīng)典計算機上定義和執(zhí)行算法,研究量子計算機和經(jīng)典計算機都無法破解的新密碼系統(tǒng)。后量子密碼學的提出是為了抵抗量子計算機的攻擊，所以又稱量子計算密碼學。）的負責人Dustin Moody（達斯汀·穆迪）說：“從20世紀90年代起，人們就已經(jīng)知道，大型量子計算機將能夠破壞我們賴以安全的許多加密系統(tǒng)。”
1994年，美國數(shù)學家Peter Shor（彼得·肖爾）開發(fā)了quantum algorithms（量子算法。是一種利用量子比特和量子門來解決問題的算法。）來求解整數(shù)和離散對數(shù)問題。當在足夠大的量子計算機上運行時，這些算法將能夠破解我們今天為隱私所依賴的所有公鑰密碼系統(tǒng)。這包括任何基于RSA（RSA算法。1977年由Ron Rivest/羅納德·李維斯特、Adi Shamir/阿迪·薩莫爾和Leonard Adleman/倫納德·阿德曼一起提出的。當時他們?nèi)硕荚诼槭±砉W院工作。RSA就是他們?nèi)诵帐祥_頭字母拼在一起組成的。是一種非對稱加密算法，與對稱加密算法不同的是，RSA算法有兩個不同的密鑰，一個是公鑰，一個是私鑰。RSA公開密鑰密碼體制是一種使用不同的加密密鑰與解密密鑰，“由已知加密密鑰推導出解密密鑰在計算上是不可行的”密碼體制。在公開密鑰密碼體制中，加密密鑰/公開密鑰/PK是公開信息，而解密密鑰/秘密密鑰/SK是需要保密的。加密算法E和解密算法D也都是公開的。雖然解密密鑰SK是由公開密鑰PK決定的，但卻不能根據(jù)PK計算出SK。）、Diffie-Hellman（一種確保共享KEY安全穿越不安全網(wǎng)絡(luò)的方法，它是OAKLEY的一個組成部分。Whitefield與Martin Hellman在1976年提出了一個奇妙的密鑰交換協(xié)議，稱為Diffie-Hellman密鑰交換協(xié)議/算法。這個機制的巧妙在于需要安全通信的雙方可以用這個方法確定對稱密鑰。然后可以用這個密鑰進行加密和解密。但是注意，這個密鑰交換協(xié)議/算法只能用于密鑰的交換，而不能進行消息的加密和解密。雙方確定要用的密鑰后，要使用其他對稱密鑰操作加密算法實現(xiàn)加密和解密消息。）和elliptic curve cryptography（橢圓曲線密碼學。一種建立公開密鑰加密的算法，基于橢圓曲線數(shù)學。橢圓曲線在密碼學中的使用是在1985年由Neal Koblitz和Victor Miller分別獨立提出的。主要優(yōu)勢是在某些情況下它比其他的方法使用更小的密鑰——比如RSA加密算法——提供相當?shù)幕蚋叩燃壍陌踩Ｆ淞硪粋€優(yōu)勢是可以定義群之間的雙線性映射，基于Weil對或是Tate對；雙線性映射已經(jīng)在密碼學中發(fā)現(xiàn)了大量的應(yīng)用，例如基于身份的加密。其缺點是同長度密鑰下加密和解密操作的實現(xiàn)比其他機制花費的時間長，但由于可以使用更短的密鑰達到同級的安全程度，所以同級安全程度下速度相對更快。一般認為160比特的橢圓曲線密鑰提供的安全強度與1024比特RSA密鑰相當。）的東西——所有這些都是被世界各地的政府和公司采用和信任的NIST標準。
雖然目前這一代的量子計算機只能針對瑣碎的情況運行Shor（肖爾）的算法，但許多專家預測，在5到15年后，它們將足夠強大，足以破壞當今所有的公鑰加密系統(tǒng)。
一、現(xiàn)在就為量子密碼威脅做好準備
為了提前應(yīng)對這一威脅，NIST在2016年發(fā)起了一項國際呼吁，呼吁算法即使在大型量子計算機可用后也能保護數(shù)據(jù)。經(jīng)過漫長的選擇過程，NIST宣布打算在今年夏天對四種PQC算法進行標準化。
全球都將感受到這種影響。雖然NIST標準是為美國政府機構(gòu)使用而制定的，但它們往往會被世界各地的其他政府和公司采用。許多公共和私人組織都使用這些標準，并要求其合作伙伴也這樣做。
來源：DUSTIN MOODY, LEADER OF PQC AT NISTNIST
據(jù)Moody（穆迪）表示，包括英國、德國、法國和荷蘭在內(nèi)的幾個國家已經(jīng)宣布了他們使用NIST批準的四種PQC解決方案的意圖，International Standards Organization/ISO（國際標準化組織，簡稱為ISO。成立于1947年，是標準化領(lǐng)域中的一個國際組織，該組織自我定義為非政府組織，官方語言是英語、法語和俄語。ISO一來源于希臘語“ISOS”，其意為“平等”。）將把它們添加到自己的規(guī)范清單中。此外，許多與NIST合作進行選擇過程的大公司已經(jīng)在準備使用新標準。
甚至在今年夏天正式批準這些算法之前，首席信息官就應(yīng)該開始采取措施。Moody（穆迪）建議他們首先進行加密盤點，看看他們和他們的合作伙伴使用了哪些公鑰加密系統(tǒng)。這并不容易，但一些供應(yīng)商正在開發(fā)工具來幫助實現(xiàn)這一過程。
首席信息官們還可以確保他們指派專人來領(lǐng)導過渡，并確保他們擁有所需的資金和專業(yè)人員。組織也可以開始在其環(huán)境中測試算法，并檢查其供應(yīng)鏈合作伙伴是否也在這樣做。
EY（安永，成立于1989年，是一家總部位于英國倫敦的跨國性專業(yè)服務(wù)公司，全稱是安永會計師事務(wù)所，為國際四大會計師事務(wù)所之一。）全球首席創(chuàng)新主管Jeff Wong（杰夫·王）表示，即使他們還沒有被要求做出改變，首席信息官們已經(jīng)可以開始在網(wǎng)絡(luò)安全升級中規(guī)劃NIST批準的算法?！肮就ǔＳ腥剿哪甑木W(wǎng)絡(luò)安全升級周期，”他說，“如果量子計算有可能在五年內(nèi)破解密鑰，而你的升級周期是三到四年，那么你必須在一年前后開始采取行動。”
首席信息官們應(yīng)該做的另一件事是防止“先存儲，后解密”的攻擊。黑客可能已經(jīng)在收集加密的數(shù)據(jù)，一旦量子計算機變得足夠強大和足夠可靠，可以運行Shor（肖爾）的算法，他們就可以解密這些數(shù)據(jù)。一些行業(yè)受到的影響會很大，如醫(yī)療保健、金融服務(wù)和高等教育，這些行業(yè)的醫(yī)療記錄、財務(wù)信息和學術(shù)記錄需要得到終身保護。但幾乎所有部門都應(yīng)該關(guān)注需要受到無限期保護的personal identifiable information/PII（個人可識別信息，Personally identifiable information，PII；sensitive personal information，SPI，為可以用來辨識、聯(lián)絡(luò)、定位單一人士，或加上一些輔助信息后達成前述目的的信息，常用于信息安全及隱私權(quán)法。）
圖示：JEFF WONG, GLOBAL CHIEF INNOVATION OFFICER, EY
Wong（王）表示，首席信息官應(yīng)考慮保護傳輸中的數(shù)據(jù)安全，以防止此類攻擊，尤其是與政府相關(guān)的合同。“公司可能不會廣而告之此事。”他說，“但我們從生態(tài)系統(tǒng)中的朋友那里聽說，政府供應(yīng)商和包括金融服務(wù)在內(nèi)的行業(yè)的公司已經(jīng)計劃出于這個原因?qū)λ麄兊耐ㄐ胚M行加密。”
但金融服務(wù)業(yè)的一些組織對領(lǐng)先一步持開放態(tài)度。HSBC（匯豐銀行。The Hongkong and Shanghai Banking Corporation Limited，中文直譯為“香港和上海銀行有限公司”，英文縮寫為HSBC，中文簡稱為“匯豐”，取“匯款豐裕”之意。為匯豐控股有限公司的全資附屬公司，屬于匯豐集團的創(chuàng)始成員以及在亞太地區(qū)的旗艦，也是中國香港最大的注冊銀行，以及中國香港三大發(fā)鈔銀行之一?？偛课挥谥协h(huán)皇后大道中1號香港匯豐銀行大廈，現(xiàn)時香港上海匯豐銀行及各附屬公司主要在亞太地區(qū)設(shè)立約700多家分行及辦事處。）量子技術(shù)全球負責人Philip Intallura（菲利普·英塔盧拉）表示：“我們正在密切關(guān)注NIST標準化PQC協(xié)議的工作。因為這種新型密碼學做準備是匯豐量子計劃的核心部分?！?/span>
2022年4月，該銀行與一個由內(nèi)部博士科學家組成的專門研究團隊合作，正式啟動了他們的量子技術(shù)項目，以探索機會。Intallura（英塔盧拉）說：“作為我們工作組合的一部分，我們將研究與防御和計算相關(guān)的安全用例?！?/span>
NIST標準在他們工作的防守工作中占有重要地位?！拔覀冇袔讉€正在開發(fā)的用例，這將幫助我們理解如何將PQC應(yīng)用于特定的應(yīng)用程序?！彼a充說，“考慮到PQC的可擴展性，和我們在全球62個市場的存在，我們希望它將在我們未來的密碼學領(lǐng)域中發(fā)揮作用?！?/span>
二、了解機會
“在計算方面，我們正在探索量子技術(shù)，以尋找新興的商業(yè)機會。”Intallura（英塔盧拉）說，“我們銀行里日常運行的模型類型與量子計算機可以使用的模型類型非常匹配。”匯豐銀行的量子技術(shù)團隊與不同的業(yè)務(wù)線和部門合作，探索和測試真實世界的用例，包括投資組合優(yōu)化、量子機學習和金融模擬。
圖示：Philip-Intallura-global-head-of-quantum-technologies-HSBC
一旦量子計算機足夠強大，可以用于產(chǎn)業(yè)，它們將迅速改變金融服務(wù)和其他行業(yè)的競爭性質(zhì)。（量子計算）在日常生活中可能會解決的問題的例子包括分配電力，在交通網(wǎng)絡(luò)中尋找最佳路線，以及確定金融投資組合中的最佳分配組合。量子計算也可以用于模擬分子，這是開發(fā)新藥和催化劑的基本技術(shù)，也可以用于化學研究和材料科學。
芬蘭Technical Research Center/VTT（國家技術(shù)研究中心）。是北歐地區(qū)最大的綜合研究機構(gòu)，主要研究方向包括應(yīng)用材料、數(shù)字信息系統(tǒng)、能源、紙業(yè)、建筑業(yè)/建成環(huán)境、電子和通訊業(yè)、化學工業(yè)和環(huán)境、工業(yè)管理系統(tǒng)、機械和汽車、生物技術(shù)、制藥、食品等。作為芬蘭創(chuàng)新體系的重要組成部分，除自身接受委托進行新技術(shù)的開發(fā)和研究工作外，主要工作還包括與其他學術(shù)機構(gòu)和企業(yè)簽署合作開發(fā)合同，為后者提供專業(yè)咨詢、項目測試、認證、知識產(chǎn)權(quán)和商業(yè)化等服務(wù)。憑借強大的科研實力，VTT幫助合作對象提高技術(shù)研發(fā)的競爭力，同時也負責把新技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品，并分享收益。芬蘭科技創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)鏈中，基礎(chǔ)研究主要依靠大學和科研機構(gòu)，公司負責進行產(chǎn)品生產(chǎn)，而VTT則扮演連接兩者的中間人角色，進行項目應(yīng)用研究。）量子算法和軟件團隊的負責人Ville Kotovirta（維勒·科托維塔）表示，量子計算也可以用于機器學習，這將影響幾乎所有行業(yè)。量子計算機和超級計算機的結(jié)合使用，即量子-經(jīng)典混合計算，允許大數(shù)據(jù)的存儲和初步處理由經(jīng)典超級計算機完成，而更復雜的計算任務(wù)則交由量子計算機執(zhí)行。這種協(xié)作方式也涉及到算法的優(yōu)化，特別是變分量子算法（VQE），這類算法允許在量子計算機上進行評估的同時，使用經(jīng)典計算機來調(diào)整和優(yōu)化量子電路中的參數(shù)。這種迭代過程需要量子與經(jīng)典計算之間的密切配合，隨著量子計算機規(guī)模的增加，對經(jīng)典計算資源的需求也會相應(yīng)增長。
三、準備就緒
Kotovirta（科托維塔）說，雖然量子計算已經(jīng)很容易獲得，但到目前為止，它只解決了一些瑣碎的問題。但根據(jù)IDC（International Data Corporation，國際數(shù)據(jù)公司，是國際數(shù)據(jù)集團旗下全資子公司。是信息技術(shù)、電信行業(yè)和消費科技市場咨詢、顧問和活動服務(wù)專業(yè)提供商。經(jīng)常發(fā)布的市場資訊、預測和資深分析師關(guān)于業(yè)內(nèi)熱點話題的觀點性文章。）的數(shù)據(jù)，即使處于目前的狀態(tài)，這個市場也已經(jīng)超過了10億美元。這包括設(shè)備的開發(fā)、控制硬件的軟件、云服務(wù)和應(yīng)用程序的開發(fā)。
圖示：VILLE KOTOVIRTA, QUANTUM ALGORITHMS AND SOFTWARE TEAM LEAD, TECHNICAL RESEARCH CENTER, FINLAND
【睿觀：盡管量子計算技術(shù)已經(jīng)變得更加可訪問，并且在一些特定領(lǐng)域展現(xiàn)出潛力，但至今為止，它主要解決的還是一些較為簡單的問題。這反映了量子計算目前還處于發(fā)展的早期階段，其真正的潛力尚未完全實現(xiàn)。
盡管如此，根據(jù)國際數(shù)據(jù)公司（IDC）的數(shù)據(jù)，量子計算市場的價值已經(jīng)超過了10億美元。這個市場不僅包括量子計算機本身的開發(fā)，還涵蓋了為控制量子計算機而設(shè)計的控制硬件、相關(guān)軟件、云服務(wù)以及為特定應(yīng)用開發(fā)的程序。盡管當前應(yīng)用可能還很有限，但這一技術(shù)的發(fā)展?jié)摿薮螅A期將在未來重塑眾多行業(yè)，特別是那些依賴于高度復雜計算的領(lǐng)域，如藥物設(shè)計、材料科學、金融模型優(yōu)化等。
量子計算市場的發(fā)展涉及多個方面：
1.設(shè)備開發(fā)：指的是量子計算機本身的物理實現(xiàn)，包括各種類型的量子比特（如超導量子比特、離子陷阱量子比特等）的研發(fā)。
2.控制硬件和軟件：量子計算機需要精密的控制系統(tǒng)來操作量子比特，這些系統(tǒng)包括硬件設(shè)備和軟件程序，后者負責實施算法和處理數(shù)據(jù)。
3.云服務(wù)：鑒于量子計算機的復雜性和成本，許多企業(yè)選擇通過云平臺提供量子計算服務(wù)，使更廣泛的用戶群體能夠訪問和利用量子計算資源。
4.應(yīng)用程序開發(fā)：隨著量子技術(shù)的進步，為特定行業(yè)和問題開發(fā)定制化的量子算法和應(yīng)用程序成為可能，這需要跨學科的專業(yè)知識來實現(xiàn)。
量子計算作為一個快速發(fā)展領(lǐng)域具有雙重特性：一方面，它的潛力巨大但尚未充分實現(xiàn)；另一方面，即便在當前的早期階段，相關(guān)的商業(yè)活動和市場價值已經(jīng)顯著增長。這預示著隨著技術(shù)的成熟和應(yīng)用的拓展，量子計算未來有望成為推動科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)變革的重要力量?！?/span>
“全世界都在排練，學習如何構(gòu)建這些設(shè)備，如何開發(fā)應(yīng)用程序，以及如何應(yīng)用它們?！盞otovirta（科托維塔）說，“人們正在構(gòu)建量子準備系統(tǒng)，因為一旦這項技術(shù)開始提供優(yōu)于經(jīng)典設(shè)備的優(yōu)勢，事情就會很快發(fā)生?！?/span>
首席信息官需要思考的一個問題是，誰應(yīng)該獲得這些服務(wù)——經(jīng)理、內(nèi)部專家或外部顧問。Kotovirta（科托維塔）補充道：“你需要了解你的用例，并思考在哪里可以獲得專業(yè)知識，無論是在內(nèi)部獲得的還是通過顧問獲得的?！?/span>
在某些領(lǐng)域，沒有必要立即開始使用量子計算，所以IT領(lǐng)導者可以等到一些問題得到解決后再實踐。作為在線零售商Partner.co（是一個涵蓋了美容、營養(yǎng)、健康與保健、體重管理、運動表現(xiàn)等多品牌產(chǎn)品的平臺，匯聚了來自不同背景且具有獨特專業(yè)知識的成功創(chuàng)業(yè)家和健康愛好者，采用360度全方位方案，支持全球的品牌合伙人，創(chuàng)造更健康、更幸福的生活；業(yè)務(wù)遍及中國、美國等全球50多個國家和地區(qū)，并且無論是在亞太地區(qū)，還是在歐洲、拉丁美洲、非洲等地區(qū)，Partner.Co的業(yè)務(wù)均在不斷增長中。）的首席信息官，Troy Hiltbrand（特洛伊·希爾德布蘭特）發(fā)現(xiàn)，雖然零售業(yè)人士今年應(yīng)該采取措施解決PQC問題，但他們并不急于應(yīng)用量子計算來獲得競爭優(yōu)勢。與金融服務(wù)等行業(yè)相比，機遇并不那么直接。
圖示：TROY HILTERBRAND, CIO, PARTNER.CO
Hiltbrand（希爾德布蘭特）表示，在量子計算為產(chǎn)業(yè)做好準備后不久，就需要有一個簡單的接口，即使是最不懂技術(shù)的高管也可以使用它。他說：“然后它將像今天的生成式人工智能一樣迅速占據(jù)前沿。”
作者：Pat Brans（帕特·布蘭斯）
自由撰稿人、作家
Pat Brans（帕特·布蘭斯）是格勒諾布爾管理學院的一名高級教授，著有《Master the Moment: Fifty CEOs Teach You the Secrets of Time Management/掌握時刻：五十位首席執(zhí)行官教您時間管理的秘密》一書。Brans（布蘭斯）是公認的技術(shù)和生產(chǎn)力專家，曾在Computer Sciences Corporation、惠普和賽貝斯擔任高級職位。他的大部分企業(yè)經(jīng)驗都集中在應(yīng)用技術(shù)來提高員工效率上。現(xiàn)在，他通過寫作和教學將同樣的想法帶給了更多的觀眾。
譯者：寶藍 ? @lex
