量子威脅真實存在——您為量子安全性做好準備了嗎？
想像一下，在這樣一個世界，我們最敏感的資料（如銀行帳戶、醫療記錄甚至政府機密）可以被一台功能無比強大的機器在短短幾秒鐘內解鎖。這就像電影中的反派角色獲得了打開世界上所有數位鎖的萬能鑰匙。然而，這並非科幻小說或間諜驚悚片的情節，而是量子運算即將帶來的真實威脅。
為什麼量子運算會威脅如今的加密
加密是數位安全的基石，目前的加密技術基於傳統電腦極難解決的數學問題。幾十年來，我們一直依賴 Rivest-Shamir-Adleman (RSA) 和 Elliptic Curve Cryptography (ECC) 等公開金鑰加密方法，相信數學上的複雜性可以確保我們的資料安全。然而，量子電腦能夠以難以想像的速度執行一些計算，這必將打破這種信任。
量子電腦利用量子力學原理，能夠快速且同時解決那些對於傳統電腦來說幾乎不可能解決的問題。像 Shor 演算法這樣的量子演算法，很快就能讓量子電腦在短短幾秒內瓦解目前的加密標準。相比之下，傳統電腦可能需要數百萬年甚至數十億年的時間才能完成同樣的任務。
量子運算不再只是理論。目前，多家公司正在研發能夠最終破解我們傳統上用於保護現代通訊的加密機制的量子電腦。像 Google 的 Willow 量子晶片、Microsoft 的 Majorana 1，以及 Amazon 的 Ocelot 晶片等最新技術突破，都表明這項技術正在以驚人的速度發展。
專家預測，實用的量子電腦可能在 10 到 15 年內問世。然而，量子糾錯（Quantum Error Correction，QEC）技術的意外進展可能會進一步加速這一時間表。
緊迫的威脅：「先竊取，後解密」
量子運算帶來的最直接威脅並非僅存在於理論層面，或將在遙遠的未來發生，而是正在發生的現實。攻擊者已經開始採用「先竊取，後解密」的策略。他們會攔截並儲存敏感性資料，等待量子技術成熟後再進行解密。這意味著，現在被擷取的每一筆敏感性資料都將變成未來的安全隱患。
後量子加密技術如何防禦量子攻擊
後量子加密 (PQC) 是目前對抗量子威脅的最強有力對策。這套加密演算法經過專門設計，可承受來自傳統電腦和量子電腦的攻擊。與傳統加密技術依賴的整數分解或離散對數問題不同，PQC 基於數學上極為複雜的問題，這些問題即使對量子計算機來說也難以輕易解決。
採用 PQC 的推動工作已經在進行中。2024 年，美國國家標準技術研究所 (NIST) 確立了相關標準，來為這一轉變提供指導，其涵蓋從一般資料加密到數位簽章安全的各個方面。其中一個亮點是 FIPS 203，其底層機制是基於模組格的金鑰封裝機制 (ML-KEM)，可在 TLS 連線中建立工作階段金鑰來保護資料。同時，新的簽章機制正在取代 RSA 和橢圓曲線數位簽章演算法 (ECDSA)，以防止身分冒用和資料竄改。不過，這些新機制也有其權衡之 處，例如更大的金鑰尺寸和效能上的特殊需求，因此需要逐步推廣。
儘快遷移到後量子演算法已經迫在眉睫。從電力網、醫療系統到金融網路，所有關鍵基礎設施都依賴於安全的資料傳輸。立即行動至關重要，因為轉向量子安全加密是一項龐大的工程，全面升級將需要時間。
打造量子安全未來
量子安全性不僅僅是取代過時的演算法，而是朝向密碼學靈活性的戰略性轉變。要成功完成這一轉換，首先要瞭解您目前的網路安全狀況，策略性地保護敏感性資料，並培養一種為持續演進做好準備的文化。以下是開啟旅程的四個基本步驟：
第 1 步：清查您的加密現狀
評估您的組織目前在所有伺服器、網路、軟體和應用程式中使用公開金鑰加密和數位簽章的方式和位置。這將有助於全面瞭解潛在的量子弱點。
第 2 步：保護傳輸中的資料
透過實作抗量子的工作階段金鑰，保護跨網路傳輸的資料。遵循 NIST 和 IETF 等組織不斷更新的标准，來防範「先竊取，後解密」攻擊等威脅。對所實施的方案進行徹底測試，以識別潛在的效能影響或相容性問題。
第 3 步：保護待用資料
制定主動策略來保護儲存的資料。優先處理具有長期價值的敏感性資訊，例如智慧財產權、個人識別資訊 (PII)、醫療保健記錄、密碼和策略性業務資料，以確保在量子時代中持續保持機密性。
第 4 步：為文化變革做好準備
將加密敏捷性融入您的組織文化中。確保系統、廠商和合作夥伴能夠快速適應新興的抗量子標準。定期訓練、清晰的溝通以及專門的跨職能團隊對於有效管理這一轉變至關重要。
引領向 PQC 的轉變
Cloudflare 始終走在重大技術變革的前沿，這一直讓我很欽佩。鑑於安全性和隱私權是我們協助建立更好的網際網路這一使命的核心，這種積極主動的態度完全合乎邏輯。從開創性的 Universal SSL 到支援廣泛的 TLS 1.3 採用，Cloudflare 深刻瞭解這些技術轉換的重要性與挑戰。我們深知，轉向抗量子加密可能是其中影響最深遠的一次變革。
我們明白，對大多數組織而言，這一轉變將充滿挑戰、十分複雜且範圍廣泛。因此，我們的策略專注於在我們的全球網路中實現 PQC 的無縫整合與快速採用，讓我們的客戶能立即從我們的進步中受益。
目前，受 Cloudflare Web 應用防火牆 (WAF) 保護的網站已經利用抗量子安全技術，與 Chrome、Edge 和 Firefox 等瀏覽器協同保護流量。如今，我們網路中約有 35% 的 HTTPS 流量受益於這些抗量子保護措施。我們還將相同的 PQC 保護功能延伸到 Cloudflare Tunnel，確保安全連線到受 Cloudflare 保護的企業應用程式和來源 Web 伺服器。透過將這種後量子 Cloudflare Tunnel 與量子安全瀏覽器的使用相結合，組織可以在整個資料傳輸路徑（從使用者端點到應用程式）中維持強大的抗量子安全性。
認識到將 PQC 整合到舊式系統中的複雜性和潛在成本後，我們的方法最大程度減少了立即進行昂貴的全系統升級的需求。相反，組織可以利用 Cloudflare 網路獲得即時的量子安全保護，同時戰略性地規劃並逐步遷移到全面的抗量子安全性。
隨著量子技術的不斷發展，Cloudflare 將繼續致力於持續創新、協作以及全球標準化工作。我們的目標非常明確：確保您的資料能夠有效抵禦當前和未來的量子威脅。
行動刻不容緩
量子運算不再是一個遙遠的可能性，而是一個迫在眉睫的安全風險。雖然量子電腦的實現時間表仍不確定，但變革必然會到來。隨著 NIST 計劃在 2030 年前逐步淘汰 RSA 和 ECDSA，組織必須立即開始轉變。
採取積極且靈活的抗量子策略不僅僅是為了確保合規性，更是為了保障未來的安全。藉助 Cloudflare，客戶可以保護資料，並讓組織在量子時代來臨之前佔據先機。
對於量子安全性來說，現在就是做準備的最佳時機。那些認識到緊迫性並立即採取行動的組織，將能夠在未來確保資料的安全。
Cloudflare 就影響當今技術決策者的最新趨勢和主題發表了一系列文章，本文為其中之一。
深入探討這個主題。
閱讀 Forrester Consulting 報告《Cloudflare 全球連通雲的 Total Economic Impact™》，瞭解如何透過 Cloudflare 的全球連通雲實現 238% 的投資報酬率，並高效應對新興網路安全風險。
作者
John Engates — @jengates
Cloudflare 現場技術長
重點
閱讀本文後，您將能夠瞭解：
為什麼量子運算會威脅到目前的加密方法
如何保護敏感性資料免受量子攻擊
如何使用後量子加密實現加密靈活性