加密是保护我们数字生活隐私的重要组成部分。在大多数情况下，它运行良好。然而，新一代的量子计算机可能会威胁到破解现代加密过程所依赖的算法。
本周早些时候，美国商务部国家标准技术研究所（NIST）宣布了四种加密算法的选定，这些算法将成为该机构后量子密码标准的一部分。NIST 还在考虑后续的其他算法，并计划在未来两年内最终确定该标准。
NIST 最初在2016年征集关于创建和测试能够抵御新兴（但可能非常强大）的量子计算机攻击的加密算法的贡献。“尽管实用的量子计算机尚未建成，但它们的设计——将借鉴与传统计算机截然不同的科学概念——将使它们能够破解目前普遍用于保护电子信息的某些密码算法，”NIST 在一份新闻稿中表示。
许多应用程序和电子服务使用公钥密码系统来保护敏感信息，例如您的数字邮件或电子银行数据。这种方法的核心是成对的大数字，它们充当公钥和私钥来解密消息。但为了保护密钥免受窥探，计算机算法使用这些数字进行数学运算，这些运算被设计成单向易于求解，但难以逆向工程。例如，可以将数字相乘得到巨大的数字，而这些数字又难以分解。但量子计算机在分解方面相当高效，这使得它们对现代安全构成了威胁。
为了应对这种情况，密码学家必须创建即使对量子计算机来说也很难解决的算法。
选定的四种算法既可用于通用加密（两个用户交换密钥），也可用于数字签名认证（身份验证）。传统密码学使用许多代数数学问题，而量子密码学倾向于处理更多几何问题。其中一个几何问题是围绕晶格设计的，晶格是点组成的が多维网格，向各个方向延伸。然后计算机必须在这个晶格中找到接近的点或向量。
“选定的四种算法中有三种基于一类称为结构化晶格的数学问题，而 SPHINCS+（一种用于数字签名验证的算法）则使用哈希函数，”NIST 在新闻稿中表示。“仍在考虑中的另外四种算法是为通用加密设计的，并且在其方法中不使用结构化晶格或哈希函数。”
除了算法之外，计算机科学家一直在试验利用量子领域奇异性来创建量子密钥的方法。事实上，量子密钥即将在芝加哥的 124 英里量子网络上进行实际测试。
