研究人员解决量子计算安全挑战

Josiah02

量子计算是与人工智能并驾齐驱的高性能计算领域中发展最快的分支之一。但是，当这种相对较新且功能强大的计算方法达到当今网络基础设施和网络安全能力的极限时，会发生什么情况呢？
美国国家超级计算应用中心的研究人员正在解决这个问题，以防它变成真正的大问题。
NCSA 研究科学家 Phuong Cao 表示：“这个问题十分紧迫，因为实用的量子计算机将在未来十年内破解经典加密技术。”
“采用抗量子加密网络协议或后量子加密 (PQC) 的问题对于实现量子计算的民主化至关重要。现有的网络基础设施如何支持后量子加密这一重大问题仍未得到解答。”
曹和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校本科生、伊利诺伊州网络安全学者计划和 Cyber​​Corps：服务奖学金的参与者 Jakub Sowa在 9 月于蒙特利尔举行的IEEE 国际量子计算和工程会议上发表了关于该主题的论文。
他们的研究提出了一种新型 PQC 网络仪器的设计，该仪器位于 NCSA 和伊利诺伊大学，并作为 FABRIC 测试平台的一部分进行集成；展示了在广泛的网络协议中 PQC 采用率的最新结果；描述了 PQC 在 OpenSSH 和 SciTokens 等关键科学应用中的当前实施状态；强调了抗量子挑战；并强调了对潜在新型攻击的讨论。
曹说：“采用 PQC 的主要挑战在于算法复杂性以及硬件、软件和网络实施。这是首次在国家级超级计算中心大规模测量 PQC 的采用情况，我们的结果表明，目前只有 OpenSSH 和 Google Chrome 成功实施了 PQC，并实现了 0.029% 的初始采用率。”
曹是“超级计算科学应用中的抗量子密码学”计划的首席研究员。该计划将使网络仪器能够测量 PQC 的采用率，并允许大学和研究中心切换到 PQC，以保护敏感数据和科学研究。该项目将树立全国将网络基础设施迁移到抗量子的典范，并通过展示采用率随着时间的推移不断提高来建立公众对科学计算安全性的信任。
与曹一起参与研究的还有联合首席研究员兼 NCSA 研究员 Anita Nikolich、Ravishankar Iyer 和 Santiago Núñez-Corrales。
“跨部门过渡到 PQC 算法将是一个漫长的过程，”Nikolich 表示。“我们的工作将是了解科学基础设施社区中问题范围的第一步。FABRIC 触及全球多个地点，这将使我们对这一挑战有很好的了解。”
“量子计算固有的不确定性为模糊加密计算和开发利用这种不确定性的新应用提供了独特的机会，”Iyer 说。“该提案旨在探索类似的挑战，利用 NCSA 的世界级计算资源来调查针对以前不切实际的超级计算工作负载的新攻击。”
“该项目为 NCSA 的量子战略开辟了一条新途径。量子技术带来的潜在未来风险现在重新定义了我们对高级计算领域信任和安全格局的理解，”Núñez-Corrales 说道。
“绘制 PQC 协议的采用情况将为加强全国的网络基础设施提供宝贵信息。我们预计这将是一项重大而持久的贡献。此外，作为伊利诺伊州量子信息科学与技术中心 (IQUIST) 的合作者，我们的项目创造了机会，将校园内量子信息科学理论家的专业知识与领导级超级计算设施正常运行中发现的安全问题结合起来。”
NCSA 首席研究科学家、SciTokens 项目首席研究员 Jim Basney 表示：“该项目将为 SciTokens 向 PQC 的过渡计划提供宝贵的意见，确保我们在分布式科学计算基础设施上授权的联合生态系统能够抵御量子计算攻击。”
“了解令牌签名和验证的效率以及对令牌长度的影响对于规划平稳过渡至关重要。”
8 月，美国商务部国家标准与技术研究所 (NIST)最终确定了一套主要的加密算法，旨在抵御来自量子计算机的网络攻击。这些加密标准是 NIST 八年努力的成果，是对未来计算安全的必要承诺的体现，曹先生通过 NIST 高性能安全工作组参与了这项工作。