得安课堂｜第一章：啥是密码学？（下）

-未来密码学-

随着信息技术的发展和应用场景的不断扩大，密码学也在不断地发展和演进。

未来的密码学发展方向主要包括量子、抗量子、白盒密码、同态加密、轻量级密码算法等。

- 量子及抗量子-

量子力学未来将会对密码学领域带来革命性影响，但量子在密码领域目前只能提供量子通讯，而不是大家理解的量子加密。量子通讯这是一个真技术，中国目前在这个领域处于领先地位。

2016年8月，中国成功发射了量子通信卫星“墨子号”，并于同年11月实现了地面与卫星之间的量子密钥分发。

这是全球首次实现了量子通信卫星的发射和运行，并在量子通信领域取得了重大突破。

量子通讯核心是采用量子纠缠进行密钥协商，也就是双方之间的密钥共享，学术上叫“量子密钥分发”，传递消息还是用传统的方式进行消息传递。

虽然量子在密码方面的应用非常有限，但人们已经感觉到了量子对现代密码算法的威胁，预计7-10年内，量子计算机将有能力破解今天使用的公钥密码算法。在后量子时代，抗量子算法的研究重点是研究如何设计能够抵御量子计算机攻击的加密算法。

美国商务部国家标准与技术研究所（NIST）已经公布了首批四种抗量子加密算法，分别是Crystals-Kyber、CRYSTALS-DILITHIUM、FALCON、SPHINCS+。这些算法目前主要有两大用途：通用加密，用于保护通过公共网络交换的信息；数字签名，用于身份认证。用户可以先对现有使用公钥密码的应用程序进行清点，待抗量子算法成熟后进行替换。

-白盒密码-

在传统的密码算法中，密钥是非常重要的一部分。然而，由于算法本身是公开的，攻击者可以分析算法，试图推导出密钥，从而破解密码。为了解决这个问题，白盒密码应运而生。

白盒密码将密钥和算法绑定在一起，使得攻击者难以获取密钥的信息。特别是在开放的移动环境中，攻击者可能完全控制运行环境和算法本身，从而盗取密钥。白盒密码的研究重点在于如何使用密码混淆技术将密钥和密码算法融合在一起，即使攻击者实施了所谓的“白盒”攻击，也无法提取出密钥，从而降低在开放环境下密码算法实现的密钥泄露风险。

-同态加密-

同态加密是指在不解密的情况下，对密文进行计算并得到密文结果的一种加密方式。同态加密的研究重点是研究如何设计高效的同态加密算法，并在数据隐私保护、云计算等领域中得到应用。

举个例子，假设你有两个加密的数字，一个是3，另一个是5。你想对这两个数字进行加法操作。在传统的加密方法中，你需要先解密这两个数字，然后相加得到结果。但在同态加密中，你可以在加密状态下直接对这两个数字进行加法操作。这意味着，即使你不知道具体的数字是什么，也可以得到加法的结果，比如8。

同态加密的应用非常广泛。举个例子，假设你是一个医疗研究人员，你需要分析一些匿名患者的数据，比如他们的年龄、性别和疾病风险。使用传统的加密方法，你需要先解密这些数据，然后进行分析。但同态加密可以让你在加密状态下进行数据分析，而不需要知道具体的数据内容。这样一来，你可以保护患者的隐私，同时还能获取有关整体数据趋势的有用信息。

同态加密的实现并不容易，需要复杂的数学算法和密码学技术。但它对于保护数据隐私和进行安全计算具有重要意义。

在当今大数据和隐私保护的时代，同态加密为我们提供了一种强大的工具，使得我们可以在保护数据的同时进行有意义的计算。无论是医疗、金融、云计算还是其他领域，同态加密都有着广泛的应用前景，为我们的数字世界带来更大的安全性和隐私保护。

-轻量级密码算法-

轻量级密码算法是指在计算能力和存储资源有限的设备上，能够提供高安全性的加密算法。轻量级密码算法的研究重点是研究如何设计高效的轻量级密码算法，并在物联网、移动设备等领域中得到应用。轻量级密码算法需要平衡资源效率和安全性要求，为物联网设备提供了高效、安全的加密和认证机制。

轻量级密码算法有几个关键特点。首先，它们具有较小的代码尺寸和低功耗需求，以适应资源受限的设备。这意味着它们需要更少的计算能力和存储空间，从而降低了物联网设备的成本和能耗。

其次，轻量级密码算法注重高效的加密和解密速度。物联网设备通常需要在短时间内完成加密和解密操作，以满足实时通信和数据处理的要求。轻量级密码算法通过优化算法结构和设计，提供了快速的加密和解密能力，确保设备能够及时处理和传输数据。

此外，轻量级密码算法还注重安全性。尽管它们在资源效率上做了权衡，但它们仍然提供足够的安全性保护，以防止数据泄露和未经授权的访问。

轻量级密码算法采用各种技术，如分组密码、散列函数和消息认证码等，来确保数据的机密性、完整性和认证性。

第一章：啥是密码学？（上）