加密有兩種主要類型，對(duì)稱加密要求發(fā)送方和接收方擁有相同的數(shù)字密鑰來(lái)加密和解密數(shù)據(jù)，而非對(duì)稱加密使用公開(kāi)可用的密鑰來(lái)為唯一持有解密所需私鑰的接收方加密消息。這兩種方法能夠一起使用，在使用HTTPS加密時(shí)，瀏覽器用非對(duì)稱加密來(lái)檢查網(wǎng)站的有效性，然后建立一個(gè)對(duì)稱密鑰來(lái)對(duì)通信進(jìn)行加密。

加密旨在阻止黑客通過(guò)大量計(jì)算來(lái)猜測(cè)正在使用的密鑰。要做到這一點(diǎn)，常用的加密方法通常使用“陷門函數(shù)”，通過(guò)正向計(jì)算來(lái)創(chuàng)建密鑰較為簡(jiǎn)單，但黑客很難進(jìn)行逆向計(jì)算。黑客可以通過(guò)嘗試所有可能的密鑰變體來(lái)破解代碼，但如果密鑰長(zhǎng)度極長(zhǎng)，這一工作將非常困難。例如，RSA 2048位加密的密鑰有617位小數(shù)，在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上，遍歷所有可能的密鑰排列可能需要數(shù)千年，甚至數(shù)百萬(wàn)年。

量子計(jì)算機(jī)使用的量子比特可以同時(shí)表示1和0的多種可能狀態(tài)，并且可以通過(guò)“量子糾纏”現(xiàn)象在一定距離內(nèi)相互影響。因此，僅僅增加幾個(gè)額外的量子比特就能導(dǎo)致處理能力的指數(shù)級(jí)飛躍。

黑客還可能能夠利用量子算法來(lái)優(yōu)化某些任務(wù)。貝爾實(shí)驗(yàn)室的彼得·肖爾曾發(fā)表另一篇論文，幫助量子計(jì)算機(jī)快速找到整數(shù)的質(zhì)因數(shù)，肖爾算法對(duì)RSA等公鑰加密系統(tǒng)構(gòu)成了極大風(fēng)險(xiǎn)。美國(guó)國(guó)家科學(xué)、工程和醫(yī)學(xué)院去年發(fā)表的量子計(jì)算報(bào)告預(yù)測(cè)，運(yùn)行肖爾算法的量子計(jì)算機(jī)將能夠在一天內(nèi)破解RSA 1024位加密。最近的研究表明，一臺(tái)擁有2000萬(wàn)個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)只需8小時(shí)就能破解2048位的RSA系統(tǒng)。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)院的研究表明，量子計(jì)算機(jī)要對(duì)傳統(tǒng)密碼構(gòu)成真正的威脅，所需的處理能力遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)今最好的量子機(jī)器所達(dá)到的水平。當(dāng)今最強(qiáng)大的量子機(jī)器僅擁有128個(gè)量子位，但量子計(jì)算的進(jìn)步是不可預(yù)測(cè)的。如果沒(méi)有“量子安全”的密碼防御系統(tǒng)，在線金融交易、通信、自動(dòng)駕駛汽車，甚至軍事硬件等都有可能成為黑客攻擊的目標(biāo)。企業(yè)或政府都應(yīng)考慮量子技術(shù)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，盡快大力發(fā)展后量子加密技術(shù)。

后量子加密技術(shù)是一種新型密碼的發(fā)展方向，可以用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，但可免于量子計(jì)算機(jī)的攻擊。其中一種方法是增加數(shù)字密鑰的長(zhǎng)度，例如將一個(gè)密鑰從128位增至256位，使用格羅弗算法的量子計(jì)算機(jī)搜索排列的數(shù)量就必須平方一倍；另一種方法包括提出更復(fù)雜的“陷門函數(shù)”，比如基于網(wǎng)格的加密技術(shù)和超分子同源密鑰交換，即使是運(yùn)行肖爾算法的量子機(jī)器也很難破解這些函數(shù)。

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局曾啟動(dòng)一項(xiàng)進(jìn)程，為政府使用的后量子加密技術(shù)制定標(biāo)準(zhǔn)。該局已經(jīng)將最初的69項(xiàng)提案縮減至26項(xiàng)，但可能要到2022年左右才會(huì)開(kāi)始制定標(biāo)準(zhǔn)草案。