NIST今年選出的四種抗量子密碼優勝算法中，三種是基于NTRU Cryptosystems的技術成果，這家公司是什麼來曆？
前情回顧·量子密碼學近況
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安全内參10月27日消息，今年7月，美國國家标準與技術研究院（NIST）選擇四種加密算法标準化，作為公鑰安全的國家标準，為量子計算機時代來臨做準備。量子計算機基于量子實體原理探索更強大的算力，極有可能危及目前加密算法的安全性。
NIST此次標明的四種優勝算法中，有三種是基于NTRU Cryptosystems開發的技術成果。這家公司成立于1996年，由高校研究團隊牽頭推動，目前已經被高通收購。
公鑰加密是網際網路信任的根基
NTRU Cryptosystems公司創始人兼數學研究主管Jeff Hoffstein教授表示，加密算法“是指供兩人互相交換資訊和秘密的方法”。
圖：FALCON算法的開發者之一Jeff Hoffstein教授
高通技術标準進階主管William Whyte稱，這些算法有兩個主要功能：資料加擾（data scrambling）與資料認證（data authentication）。
加密算法包含了用于資料加密或解密的密鑰。Whyte解釋道，資料加擾用到了兩種不同類型的密碼學技術：對稱型，即發送者與接收者擁有相同的密鑰；非對稱型，發送者使用公鑰加密，接收者使用私鑰解密。他說，雖然對稱加密算法的速度更快，但存在身份驗證隐患，即發送者和接收者可以通過僞裝實作身份欺詐。
非對稱加密算法（也稱公鑰加密算法）成功解決了這個問題。Hoffstein指出，公鑰加密算法“使使用者能夠擁有真正安全的網絡身份”，其中同時用到加密公鑰和解密私鑰，這樣“兩個人要分别知曉自己一側的密鑰資訊，才能順利完成通信。”
Whyte表示，當有人使用私鑰發送消息時，操作會同時建立一個數字簽名。接收者可以使用公鑰檢查該簽名，驗證之下如果“簽名有效，則意味着其确實由私鑰建立，内容來自相應建立者。”
多次入圍NIST算法評選的架構師John Schanck解釋稱，這就使得“雙方可以安全且私密地進行通信。無論是日常上網、操作銀行賬戶或者浏覽頁面，我們每天都會用到這樣的通信方式。”
量子計算機将破解公鑰加密
從曆史角度看，人們一直認為公鑰加密方法安全可靠。Hoffstein指出，如果想“如果使用普通計算機從加密密鑰逆推解密密鑰，那需要數萬年才能破解。”
但研究人員強調，在量子計算的新時代下，這種安全性将受到沖擊。是以，必須使用新的公鑰加密算法來保護資料。
Schanck說，“我對量子計算機的到來很有信心，而且時間不會太長。到那個時候，我們目前使用的一切公鑰加密算法都将受到沖擊。”
Hoffstein也補充道，“如果出現了能在短時間内完成解密的強大量子計算機，那麼網際網路正常運作所依托的安全基礎将瞬間崩塌。為此，NIST組織了選拔競賽，希望世界各地的研究人員積極送出新算法……集全球密碼學家之力解決這個難題。”
由NTRU Cryptosystems公司開發的FALCON算法具備抗量子破解能力，是以在今年被NIST選為加密國家标準之一。在所有當選的四種算法中，有三種都基于NTRU Cryptosystems的技術（安全内參注：還有兩種分别是CRYSTALS-Kyber、CRYSTALS-Dilithium，都是基于格密碼）。
NTRU如何開發出抗量子密碼
Hoffstein對密碼學的興趣，源自一場關于三種舊加密系統的主題講座。聽完講座，他腦中産生了疑問，“為什麼這三種公鑰加密方法如此笨拙？”在他看來，這三種方法包含“大量不必要的計算備援”，而且“都基于非常非常簡單的數學思想”。
為此，他決定将這些系統中使用的模運算替換成橢圓曲線計算，借此簡化算法設計。Hoffstein認為，“這樣才能讓算法變得簡單，不再依賴于計算機上的大型處理器，甚至在手機端就能完成。”
在找到粗略的解決方案之後，他把想法分享給了Joseph Silverman’77和Jill Pipher兩位數學教授，希望能合作将概念轉化成“完善且有效的加密系統”。他坦言，“沒有這二位的幫助，我根本不可能成功。”
經過幾個月的工作，該團隊于1996年開發出了NTRU加密系統。之後多年來，NTRU始終固若金湯、未遭攻破，是以NIST才決定接受基于NTRU方法的加密新算法。
Hoffstein認為，NTRU的成功代表着好奇心驅使下的科學研究的又一次勝利。
“美國政府對興趣驅動型研究的投入越來越少，這給此類探索性研究造成了沉重打擊。”在Hoffstein看來，“無數的數學案例都來自純好奇下的研究，并最終帶來了輝煌的成就，這才是令人神往的科學精神。”
參考資料：browndailyherald.com