量子安全技术蓝皮书2024.docx

量子安全技术蓝皮书

QUANTUMSAFE——

2024年11月

中国信息协会量子信息分会Duantun

中国信息协会量子信息分会

DuantunlhformatonAsoctiontChina

QuantumInnovationConsortium

l量子安全蓝皮书

本蓝皮书由量子科技产学研创新联盟牵头编写，参与单位有：中国信息协会量子信息分会、中国通信标准化协会量子通信与信息技术特设任务组、中国电子学会量子信息分会、科大国盾量子技术股份有限公司、国科量子通信网络有限公司、中国电子科技网络信息安全有限公司、上海交通大学、武汉大学、中山大学、中国工商银行、北京科技大学、北京鹬鸟科技有限公司等。

编写组

赵勇

赵梅生

黄强

孙林红

赵于康

李明翰

郁昱

王后珍

孙仕海

徐兵杰

沈超建

武宏宇

马彰超

马春利

王子

王素妍

I

l量子安全蓝皮书

前言

近年来，量子计算在全球范围内已成为科技创新的热点，自2019年谷歌“悬铃木”量子计算机首先实现量子优越性后，我国成功研发的“九章”、“祖冲之”系列以及加拿大“北极光”等量子计算原型机不断更新着量子优越性的记录。目前，我国的“九章三号”光量子计算原型机保持着光量子计算技术水平和量子优越性的世界纪录。

量子计算研究的加速进展令现有密码体系面临的量子计算威胁与日俱增。能抵御量子计算威胁的量子安全技术逐步成为信息安全发展的重要趋势之一。特别是敏感数据面临现在被截获和存储等待将来被破译的安全风险，使得当下实践量子安全已具现实意义，量子安全已然形成量子信息的一个重要研究方向，并成为各国科技和产业竞争的热点领域。基于新型数学难题的抗量子计算密码算法 (包括抗量子计算的对称密码算法和公钥密码算法等)和基于量子物理的量子密码(包括量子密钥分发等)是实现量子安全的主要技术手段。近年来，量子密钥分发等相关量子密码的国际、国内标准陆续发布，国家商用密码检测中心也对国内市场上主流量子密钥产品开展了检验检测；美国牵头的抗量子计算密码筛选和制标工作已完成首批三个算法标准的发布，并继续备选算法的研究；量子密码及抗量子计算密码算法的发展呈增速态势。如何部署和使用量子安全密码技术正成为管理部门及产业界研究探讨的焦点问题。

IⅡ

C|QIAC

C|QIAC

l量子安全蓝皮书

量子科技产学研创新联盟协同中国信息协会量子信息分会组织多家单位，在中国信息协会量子信息分会2022年发布的《量子安全技术白皮书(2022年1月修订版)》基础上，于2024年经更新、修订推出本蓝皮书。本蓝皮书围绕什么是量子安全技术、如何实现量子安全技术、如何在信息系统中使用量子安全技术等方面凝聚学术界和产业界共识，并立足当下、面向未来探讨量子信息技术和新型密码技术如何在新一代信息技术基础设施中发挥作用。希望以此能促进关注信息安全、量子安全各界同仁的深入沟通交流。

蓝皮书第一章从密码系统特点和量子攻击原理出发整体阐述量子安全概念的由来、产生背景及其重要性、紧迫性；第二章分别阐述已知能实现量子安全的两种途径，即基于数学的抗量子计算密码算法与基于物理的量子密码的安全原理、主要特性与当前进展；第三章阐述量子安全融合应用及其实现模式；第四章是讨论当前信息系统向量子安全的迁移方式及其准备和部分垂直领域内实例；第五章对量子安全迁移方面的一些开放问题进行了总结与展望。

Ⅲ

l量子安全蓝皮书

目录

一、量子攻击催生量子安全 1

(一)密码技术作用与特性 1

1.密码是信息安全保障的基础支撑 1

2.密码提供的主要安全服务 4

3.主要密码技术体制及用途 5

4.密码系统安全性要素 6

(二)量子计算攻击威胁 9

1.量子攻击效果及影响 9

2.非对称密码抗量子攻击能力分析 18

3.对称密码抗量子攻击能力及其应对措施 21

(三)量子安全的实现路径 23

1.量子安全的实现途径 23

2.量子安全的重要性及紧迫性 24

二、量子安全技术与进展 31

(一)基于数学困难问题的抗量子计算密码 31

1.格密码 32

2.基于编码理论的密码 35

3.基于哈希函数的密码 37

4.多变量密码 39

5.其它类型PQC密码算法 42

6.抗量子计算密码总体发展趋势和面临的挑战 44

IV

aC

aCIQIAC

1量子安全蓝皮书

7.抗量子计算密码产业生态现状 46

8.国际抗量子计算密码算法征集和标准化活动 49

(二)基于量子物理的量子密码 56

1.量子密钥分发