你對網路安全的認知可能會徹底改變。我們無法確切知道這種情況是否會發生，也無法確定何時會發生，因此現在就應該意識到這種可能性。
這種轉變源自於量子電腦的興起。量子電腦能夠解決的問題以及部署的加密和解密技術遠遠超出我們今天使用的普通電腦的能力。儘管量子電腦的應用目前仍受到限制，但從網路安全和加密的角度來看，一旦它們（理論上）進入主流應用，將徹底改變網路安全格局。
量子計算是一個高度複雜的技術性主題，但了解其基本原理——它的工作原理、潛在的安全隱患以及如何保護自身安全——至關重要。我們編寫了這份指南，旨在幫助你了解量子運算帶來的風險，無論你的技術水平如何。
什麼是量子計算？
首先，讓我們從量子計算的簡單解釋開始，它是基於量子力學的原理。與使用比特（代表0或1）的標準電腦不同，量子電腦使用「量子比特」。量子位元可以同時處於0和1的疊加態，從而顯著提升運算能力。此外，它們還可以透過一種稱為糾纏的現象相互作用，使量子電腦能夠以前所未有的速度解決複雜問題。
量子位元是真實的物理粒子，這意味著它們需要在量子電腦中非常特定的條件下才能正常運作。因此，它們被放置在極低溫的低溫容器中，並與周圍環境隔離。
使用量子運算有哪些好處？
量子電腦可以提供遠超普通電腦的運算能力，使其能夠處理比普通電腦多得多的資料。在資料呈指數級增長和人工智慧（AI）興起的時代，這些能力可能對開啟新的技術機會至關重要。
然而，迄今為止，量子電腦在更廣泛的領域中的應用仍然相對有限，原因有很多。保護和冷卻量子位元以及大規模開發量子電腦可能非常昂貴。因此，迄今為止，只有少數經濟可行的應用案例顯示量子計算具有實際應用價值。
由於量子電腦是基於機率運行，因此即使它們的運行速度比普通電腦快得多，它們也並不總是適合那些需要100%確定結果的任務。相反，它們已被證明在處理高強度工作負載方面非常有用，例如科學研究或大規模搜尋龐大的資料庫。
為什麼量子運算會構成網路安全威脅？
迄今為止，量子安全的主要應用領域之一是密碼學。與普通比特相比，量子比特的精細程度更高，這意味著可以應用更為複雜的加密方法，網路犯罪分子將更難破解。
自此之後，量子計算在密碼學中的應用逐漸擴展，但由於成本和實用性方面的障礙，尚未得到主流應用。這意味著，儘管量子密碼學（QC）可以透過加密來確保通訊和資料傳輸的完全私密性，但迄今為止仍未廣泛應用。
然而，量子運算也對密碼學構成重大威脅：量子電腦不僅可以用於加密通信，也同樣能夠解密。雖然它們可能無法破解複雜的量子級防禦，但破解我們今天普遍使用的標準加密措施（例如AES或RSA加密）卻輕而易舉。
這種解密方法起源於Schor演算法，由麻省理工學院的Peter Schor教授於1990年代中期創建。人們原本預計該演算法需要數年時間才能破解RSA等非對稱加密演算法，但由於量子電腦的處理能力大幅提升，事實證明它能夠在幾分鐘內完成破解。
哪些產業最容易受到量子運算威脅？
這種情況一旦發生，後果將不堪設想。少數幾台強大的量子電腦就能讓網路犯罪者破解加密，洩漏大量敏感資料。從金融資產和個人資訊洩漏到政府和國家安全系統，一切都可能受到威脅。
雖然幾乎所有行業都面臨風險，但有四個行業尤其脆弱：
銀行業
儘管金融業出於顯而易見的原因在加密和安全解決方案方面投入巨資，但這些方案仍有可能被量子電腦破解。這將使數十億美元的資金面臨風險，並導致大量高度敏感資料的損失。如果同樣的原則應用於加密貨幣，支撐比特幣等加密貨幣的區塊鏈和智慧合約可能會被摧毀，任何人的加密貨幣資產都可能被沒收。
政府部門
如果量子運算使網路犯罪分子能夠獲取機密文件和其他高度敏感的軍事和國防訊息，那麼對密碼學的威脅甚至可能延伸到國家安全領域。在公共層面，這也可能導致稅務資訊和社會安全號碼等資料被惡意竊取，並擾亂基本公共服務的提供。
醫療保健
量子網路犯罪可能透過兩種方式影響醫療保健。第一種是入侵醫療機構的資料系統，從而導致個人醫療記錄和資訊被竊取。第二種是破壞重要的科學研究數據，而這些數據對於改善健康結果、改進治療方法以及最終在未來挽救生命至關重要。
雲端服務
如今，利用雲端儲存和處理資料以及運行關鍵業務應用程式已成為全球普遍現象。然而，鑑於目前這些資料尚未得到妥善保護，這些海量的敏感資訊極易成為惡意量子運算活動的目標：泰雷茲公司的研究發現，只有 11% 的企業對其至少 80% 的雲端資料進行了加密。
量子運算對密碼學的威脅有多大？
值得慶幸的是，目前來看，威脅並不大。以量子電腦目前的開發水平，它們尚無法處理破解 RSA 加密所需的龐大處理量和資料解碼量。建造一台量子電腦需要耗費大量時間和資金。至少就目前而言，這遠遠超出了最老練、資金最雄厚的網路犯罪集團的技能和資源能力。
然而，由於量子電腦理論上存在被製造出來的可能性，安全機構不敢掉以輕心，積極防範其可能帶來的後果。例如，英國國家網路安全中心已發布關於量子運算威脅及其應對措施的官方建議。目前，各組織可以採取多種措施，以便更好地應對未來可能發生的任何情況。
如何保護您的企業免受量子運算威脅？
量子運算對網路安全的威脅並非迫在眉睫，但一旦威脅出現，攻擊速度和後果傳播速度可能極為迅猛。因此，值得考慮一些初步的預防措施，包括：
採用混合加密方法
目前正在開發一些創新技術，將量子力學的某些原理應用於常規網路安全。這些技術包括量子金鑰分發 (QKD) 和量子安全密碼學 (QSC)；後者旨在將加密技術轉化為數學難題，即使是量子電腦也無法破解。
密切關注網路安全領域的最新動態
世界各地的安全和加密專家正致力於開發標準化的量子安全加密方法。2023年8月，美國國家標準與技術研究院 (NIST) 發布了首批後量子加密標準（FIPS 203、204 和 205）。
這意味著，未來各組織將能夠使用某些符合量子安全規範的安全標準和協定。因此，安全團隊密切關注該領域的發展至關重要，以便儘早部署新的安全措施。
避免使用非標準化解決方案
諸如英國國家網路安全中心 (NCSC) 等機構已發出警告，在新的標準實施之前，不應採用量子安全解決方案。他們指出，這些解決方案缺乏產品可驗證性，一旦標準化解決方案可用，可能缺乏互通性。現在就倉促採用新興解決方案，可能會導致未來需要昂貴的再投資。
人工智慧在量子運算網路安全中扮演什麼角色？
與幾乎所有技術一樣，必須考慮人工智慧的潛在影響。雖然人工智慧和量子運算在網路安全領域的真正結合仍是一個長期的願景，但這種結合的潛力意味著我們必須牢記這一點。
迄今為止，量子運算與人工智慧緊密相關，因為其強大的運算能力已被證明在開發機器學習 (ML) 模型和自然語言處理 (NLP) 方面極為有用。
目前，在量子電腦上運行人工智慧演算法尚不可持續或可行。然而，隨著時間的推移，量子計算與人工智慧的結合可能在開發更複雜、更難以破解的加密演算法方面發揮關鍵作用。此外，人工智慧產生的資料驅動型洞察能夠準確預測資料、系統和應用程式遭受特定攻擊的風險，從而有助於確保在正確的位置應用正確的保護措施。
雖然量子運算對加密技術構成未來風險，但當前的網路安全威脅，例如惡意軟體、網路釣魚和勒索軟體，仍然是首要關注的問題。在抗量子加密技術廣泛應用之前，企業和個人應專注於使用值得信賴的解決方案來維護強大的網路安全實踐，以抵禦日益複雜和新興的網路威脅。
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