附注:例如,在早期的几年里,椭圆曲线等原密码被认为是抗量子的。但后来有人发现了一种快速分解所涉及的等基因曲线的方法。一种“修正”,涉及只使用超椭圆曲线,击败了这一特殊攻击,而现在椭圆曲线等成因密码学被称为超椭圆曲线等成因密码学。但有人可能会想出一种新的攻击,甚至打破超奇异椭圆曲线的等基因数学。大多数抗量子密码是非常新的。密码和方案仍在受到攻击和测试。过早地选择解决方案会增加选择错误的加密解决方案并不得不进行返工的风险。
在美国和世界大部分地区,这意味着需要等待NIST宣布他们的后量子密码标准,他们目前说应该在2022年和2024年之间。NIST还表示,如果新的信息迫使加速时间表,他们可能会更早地做出选择。这意味着大多数组织将不得不等到2022年至2024年才开始大规模迁移到抗量子密码技术。在选定后量子加密标准后,由于所有受影响的供应商开始迁移其硬件和软件产品,完整的迁移可能需要一到两年的时间(最好)。在选择加密标准和广泛使用加密标准之间会有一个自然的延迟。
你可以——也应该——开始围绕任何可能的后量子密码标准进行实验、测试和开发。这只会让您的组织在适当的时间进行全面生产部署时受益。但是我警告任何正常的组织不要在正式选择之前使用任何非标准的后量子加密技术进行全面的生产部署。同样,在正式选拔之前什么都不做也不是最理想的。每个公司现在都需要开始调查、规划和保护关键数据,一些组织也应该开始测试开发,以便做好适当的准备。
创建紧急加速时间线方案
在您将组织的资产完全转移到抗量子加密之前,针对突然发生量子中断的情况,您必须创建一个备份的紧急加速时间线。想象一下,明天你醒来,国家安全局宣布,不仅有一个外国政府获得了破解传统公钥密码的能力,而且国家安全局也一直在检测针对公司的此类攻击。你现在就需要行动,而不是用几年的时间才能转移到抗量子密码。这怎么会改变你的计划你丢了什么什么是现在要移动的关键资产,什么不是?您能否获得更多资源以更快地完成项目阶段?你是否必须提醒客户和董事会注意新的迫在眉睫的威胁?资金将从哪里来?创建两个时间线:一个是你认为是希望的,预期的,正常的事件时间线,另一个是紧急加速的时间线。两种结果的计划。
创建项目阶段时间表估计完成整个量子电阻迁移项目需要多长时间?一旦您开始抗量子化项目,估计您的组织将所有涉及的数据保护系统迁移到后量子化实现所需的时间,以便高级管理人员和项目成员可以看到可能的期望。每个组织的答案都是独一无二的,这取决于您必须移动什么、如何以及何时能够移动它们。每个组织将是不同的,但项目领导人应该开始与项目的每个阶段的一些基本猜测。例如,见表9.1。
表9.1:抗量子项目任务和时间表示例
通过为这些任务分配一些通用的数字,您可以对后时间量迁移项目所需的时间进行粗略的估计,并将任务和时间安排通知所有涉众。一些任务,如教育,形成一个项目团队和规划,并创建一个时间表,可以同时完成。使用表9.1中列出的示例数字,实际的项目工作将需要六到七年,其中大部分属于“迁移到抗量子密码学”阶段。当然,转向量子抵抗密码学和最终基于量子的密码学取决于你无法控制的因素。
通过对所有阶段(包括后量子加密迁移)进行适当规划,即使需要比最初计划更快、更快地迁移到抗量子加密,您的组织也可以为迁移做好更充分的准备。适当的计划节省时间。即使量子力学也改变不了这一点。
第三步:收集数据
对于任何抗量子的加密迁移项目来说,关键是要做一个完整的数据保护清单。它应包括五个组成部分:
定位所有敏感数据和设备
确定数据和设备利益相关者
执行机密性排名
确定需要在多长时间内保护数据或设备免受未经授权的窃听
识别当前与保护使用密码技术的设备有关的数据保护系统,特别是识别所涉及的密码技术和密钥大小
清单应包括您需要防止未经授权的披露的所有敏感数据和设备的彻底核算。在计算机安全领域有这样一句话:“如果你认为你知道你所有的数据在哪里,那么你一定是弄错了,或者是在骗自己。”因此,您需要最好地了解所有敏感数据和设备的位置,以及拥有、保护和依赖这些信息和设备的利益相关者。利益攸关方需要确定所有其他所需的信息。
必须对持有或涉及持有敏感信息的所有装置进行清点和调查。这包括计算机、笔记本电脑、平板设备、智能手机、网络设备、身份验证设备、物理安全设备等等。该清单应包括关键数据和物联网(IoT)设备,如安全摄像头、徽章系统和楼宇门禁系统。如果物联网设备记录敏感信息或在敏感区域,它们必须在清单上。如果一个设备使用加密技术,并保护一些非公开的东西,它需要在列表中。
所有数据和设备都应根据数据敏感性和保护数据的需要进行排序。一些组织使用传统的军事排名:绝密、机密、机密和公开。其他人使用更多的公司等价物:高商业价值,中等商业价值,低商业价值。有些组织只是为了保密和公开。无论您使用哪种数据分类系统,都应该根据关键性和对组织的价值对所有数据和设备进行排名。
接下来,利益相关者需要确定已识别的数据和设备需要安全地保留多长时间,以年或关键带(例如,长期、中期、短期,或10年以上、5—10年、5年以下)。
然后,确定用于保护这些数据和那些使用加密技术的设备的数据保护系统。并非所有的数据保护系统都直接采用密码技术,但大多数系统至少间接采用密码技术。例如,许多访问控制系统只使用操作系统权限,这并不直接涉及密码学,但访问控制权限的整体成功取决于操作系统的安全性,所有的操作系统都使用密码学(通常是多个密码、方案和系统)。您希望标识安全存储和传输标识的数据和设备所涉及的所有加密技术。关键数据系统还将包括所有重要的IT基础设施,例如身份验证系统和基础设施服务。对于每个数据保护体系,确定使用的密码(对称、非对称、散列、数字签名等)和密钥大小。
对于许多系统,您可能无法确定密码、方案和密钥大小。供应商或开发人员可能已经离开,几乎没有关于实现的加密的可用文档。项目团队将需要审查每个发现的“未知”,并确定风险是否如此之小,以至于可以为了升级目的而忽略它,或者它需要被视为最高优先级(只是为了减少潜在风险)。为你的未知做好计划。
第四步:分析
计算机安全主要是关于风险评估。在这个项目最重要的阶段,您将识别风险最高的数据和系统,并确定必须采取哪些步骤来减轻即将到来的量子密码破解的风险。分析和建议将包括以下任务:
识别保护关键敏感数据和设备的量子敏感数据保护系统
对受威胁系统的风险因素进行排序,包括哪些系统需要优先补救
确定补救措施
确定相关资源、成本和时间表
一旦您有了数据保护清单的结果,确定所使用的量子敏感加密技术,特别是保护关键敏感数据和设备的加密技术。将您找到的内容与已知的易受量子影响的密码学和密钥大小列表进行比较,如第5章,表5.1所示。第五章还介绍了量子敏感的非对称密码(如RSA、DH、ECC、ElGamal等)。
任何保护关键数据或设备并使用易受影响的加密技术的数据保护系统都应予以强调,并特别关注最关键的系统。这将给你一个鸟瞰的视角,看看进入后量子世界的挑战有多大。这可能是对问题的规模和程度的一个很大的警钟,尽管您可能会惊讶地发现,您的许多系统正在使用不太敏感的加密形式,如AES-256或AES-512。一次彻底的风险评估可能会让你得出结论,问题并没有你担心的那么严重。不幸的是,大多数组织不太可能出现这种情况,特别是在使用非对称密码的情况下。
补救措施应包括修复易受量子影响的系统所需的所有可能的解决方案,首先是对系统所有利益攸关方进行全民教育。补救措施还应确定哪些解决方案是简单的密钥大小升级(例如,从AES-128到AES-256),哪些解决方案是整个密码替换。哪些是可以升级的,哪些是必须更换的?每个系统需要付出多大的努力?每个补救解决方案的预期成本和时间表是什么?你需要与利益相关者和供应商进行沟通。
许多系统最终可能会采用混合方法。例如,根证书颁发机构(CA)数字密钥可能会使用抗量子加密技术进行更新,但使用寿命短得多的个人最终用户密钥会更新为使用更大密钥大小的传统加密技术。
补救措施应包括修复易受量子影响的系统所需的所有可能的解决方案,首先是对系统所有利益攸关方进行全民教育。补救措施还应确定哪些解决方案是简单的密钥大小升级(例如,从AES-128到AES-256),哪些解决方案是整个密码替换。哪些是可以升级的,哪些是必须更换的?每个系统需要付出多大的努力?每个补救解决方案的预期成本和时间表是什么?你需要与利益相关者和供应商进行沟通。
许多系统最终可能会采用混合方法。例如,根证书颁发机构(CA)数字密钥可能会使用抗量子加密技术进行更新,但使用寿命短得多的个人最终用户密钥会更新为使用更大密钥大小的传统加密技术。
尽快让供应商参与进来是很重要的,这样他们就能理解您的担忧,并能让您知道他们的公司计划如何提供帮助。在许多情况下,供应商可能完全没有意识到这个问题,或者他们意识到即将到来的量子突破,但没有实际解决它,因为他们认为这是10-20年后的事情。与他们讨论你所关心的问题可能是他们公司内部认真讨论的开始。您甚至可能了解到他们不打算迁移到后量子实现,或者需要升级到最新版本的软件来修复。许多供应商使用SHA2迁移来强制客户升级到最新的软件。
许多公司可能有内部开发的应用程序,将需要找出谁是负责人,以及如何可以升级。经常会发现内部开发的应用程序找不到相关信息,也找不到人来分析和更新。您的项目团队应该已经决定了如何处理此类应用程序,或者可能会根据具体情况进行审查。
即使是目前不被认为是量子敏感的系统也必须更新。例如,您可能拥有当前受AES-256保护的高度关键数据,而该数据不被视为量子敏感数据。但如果您计划将数据保存10年或更长时间,您可能希望将其移动到AES-512操作系统从稍微对量子敏感的密码学到对量子敏感性低得多的密码学,这一转变可能不是最优先的,但仍然应该这样做。
然后,在对所有涉及的系统、关键性、时间线和成本进行彻底检查之后,涉众应该决定部署什么补救措施以及何时部署。将决策文件化,并提交给高级管理层批准和预算。如果您已经正确和彻底地完成了分析和评审,那么可能的解决方案使得大多数决策都很容易做出最终的决定。
保护部分或全部数据
首先,您可能想决定是只保护最关键的数据还是保护所有数据。有时候可以节省金钱和时间来保护一切。例如,这是许多在欧盟(EU)或与欧盟客户开展业务的公司在试图遵守欧盟一般数据保护条例(GDPR)要求时的答案。许多跨国公司认为,将GDPR要求应用于任何地方的所有数据和客户,甚至是欧盟以外的客户,比将这些要求单独应用于欧盟特定的数据更便宜。他们还担心,如果一些本应适用GDPR的数据溜进了他们受保护较少的数据库,会产生法律和财务成本。这些公司没有面对风险,而是对所有数据实施了更强有力的控制。
相反,一些公司认为,将敏感数据放在一个隔离的数据域中,然后由更昂贵的控制来保护,这样做要便宜得多。许多美国公司做出这一决定是为了获得受PCI和HIPAA监管的数据。当数据量只占组织处理的数据量的一小部分,并且可以信任所覆盖的数据保留在隔离的数据域中时,这种策略是有意义的。每个组织都必须决定他们是要保护全部数据还是只保护部分数据。中庸之道的决策是只保护最关键的数据,但要在整个企业中通过关注保护数据的系统来实现。
组织必须决定哪些数据需要保护以抵御量子攻击,哪些加密技术需要更新以及何时更新。
第五步:采取行动/补救
现在是采取行动的时候了。更新密码、方案和密钥大小。迁移到抗量子密码学并执行其他后量子操作。每个步骤都应该在有限的试点项目中进行彻底测试,然后再进行全面的生产部署。每个行动计划都应该包括一个紧急“退出”计划,以防加密迁移步骤破坏了某些东西。在采取保护措施之前,应记录和彻底测试回退步骤。
附注:我曾经很自豪地说,在我30年的部署加密项目和更新,我从来没有造成一个单一的重大意外操作中断事件,一直保持到几年前。这是很伟大的。客户团队和我正在更新关键任务联网医疗设备上的数字证书,这是一个更大的全球更新项目的一部分。创建了一个回退过程,该过程允许在需要时通过运行一个经过良好测试的命令,用原始的、较旧的工作证书远程替换任何新颁发的证书。如果生产更新出现任何问题,我们可以运行一个命令,然后坐下来快速恢复所有受影响的设备。
证书更新过程的一些测试进行得非常顺利,因此我建议立即在全球范围内部署所有剩余的数万个证书。我之前已经执行了几十次相同的全局更新,并且相信证书更新不会导致问题。不可能。糟了。我不知道的是,客户对他们一半的设备进行了自定义更改,导致这些新更新的设备(关键医疗设备)在安装新证书时与网络断开连接。每个设备都发生了故障,而且因为它们也与网络断开了连接,我们的“故障安全”回退程序使用一个命令就无法运行。该医院的全球网络运营中断了数天,需要未经IT培训的医护人员团队执行数十个实际操作步骤,才能使设备重新联机并正常工作。这是我职业生涯中最大的(也是唯一的)客户灾难。吸取教训了。测试再测试。不要在没有足够测试的情况下就急于进行生产部署。并测试您的回退过程,确保它们不依赖于网络连接来工作。
更新现有政策和标准
不用说,现在您应该确保所有的组织策略和标准都需要强抗量子加密。你想止血。您不希望进入您的组织的新系统包含弱抗量子加密,这只会增加您的问题。更新您的策略和标准以要求自动拒绝弱加密系统。同时,如果您还没有这种语言,请更新策略,声明所有系统都必须使用广泛接受的加密标准。如果你想接触到星星,要求所有新购买的密码系统都是有密码灵活性的。
防止当前的未来数据泄漏
目前或不久的将来访问量子破解技术的外部实体可能会窃听你今天“当前受保护”的数据,保存它,并等待当他们有适当的能力时破解这些数据。我们应该假设这是发生在所有民族国家对其他民族国家的今天。他们不这样做是愚蠢和疏忽的。参与商业间谍活动的大型、道德败坏的公司可能也在对竞争对手这样做。
例如,您的Wi-Fi网络路由器可能使用AES-128。任何受AES-128保护的东西很快就会受到量子的影响。你的敌人可能正在嗅探你的Wi-Fi数据流,并将其保存以备将来破解。如果这可能对您的组织不利,请考虑所有需要使用的方法,以防止将来窃听您当前安全的数据。些方法包括以下几种:
从任何在线存储或网络传输中删除关键数据(这样它就不会被嗅探或窃取)
如今使用抗量子密码
隔离物理数据域(无法嗅探或窃取)
使用不易受量子破解影响的网络隔离设备(与使用抗量子密码不同)
关于最后一项,有些厂商生产军用级、高度安全的网卡和设备,不容易被窃听。他们不使用传统的加密技术,而是使用屏蔽和信令方法,不能窃听,甚至允许攻击者读取加密或保护信息摆在首位。
第六步:回顾和改进
任何项目计划都应该以审查和改进阶段结束。从一路走来的任何复杂项目中,总会学到教训,有好有坏。每个项目计划都应该有多个要点,每个人都可以在这些要点上评估计划和补救行动的进展情况,并在需要的地方提出改进建议。
总结
本章讨论了您和您的组织如何在量子突破发生之前从今天开始为它做准备。这一战略包括让高级管理人员参与进来,形成一个长期的项目团队,提供教育,并使您的组织的系统远离传统的经典密码保护系统。为了有条不紊地完成这项工作,您必须做一个完整和彻底的数据保护清单,以确定要迁移的系统。然后,决定正确的缓解措施,其中包括增加现有的,目前使用的传统加密的密钥和散列大小,其次是移动到抗量子加密,最后移动到全量子加密和设备。计划和周到的过程将节省任何组织的时间和金钱,更重要的是,有效地降低计算机安全风险。
我要感谢读者允许我带他们走上学习量子力学的旅程,以及量子力学将如何使许多形式的传统密码学被破解。这本书涵盖了抗量子和基于量子的加密和设备,以及当今市场上的任何资源,并完成了一个坚实的计划摘要,说明您的组织如何开始为后量子世界做准备。如果您有任何问题,建议,或更正,随时给我发电子邮件在roger@banneretcs.com.我会尝试在24小时内回答问题。
附录列出了许多量子和量子计算在线资源,可以作为教育和新闻的研究参考。
附录:附加量子资源
本附录列出了几十个资源,您可以使用这些资源来提高和扩展您对量子力学、量子计算机和密码学的理解。
完全理解量子力学是所有量子力学领域的专家都在努力的事情。它不仅是一个复杂的课题,挑战了我们对自然科学的传统理解,而且它仍然处于理解的早期阶段,有许多缺失的部分。所以,如果你不完全理解量子力学、计算机或密码学,也可以原谅你。你消耗的每一篇与量子相关的文章和资源都会提高你的理解力。考虑到这一点,这个附录给你一个资源列表,包括其他章节的引用以及新的资源。这是打破了各种类别,包括书籍,视频,在线课程,网站,博客,政府赞助的计划,供应商网站,等等。对于许多资源,我在括号中的引文末尾做了注释,我认为我可以添加任何价值,以帮助您了解这些资源是否适合您。
书籍
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BB八十四:www.youtube.com/watch?v=UVzRbU6y7Ks
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双缝波实验动画:www.youtube.com/ watch
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www.youtube.com/watch?v=9aOLwjUZLm0
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www.youtube.com/watch?v=Czi5elPLfvA
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量子理论-全纪录片高清:www.youtube.com/ watch
Neil deGrasse Tyson 解释量子纠缠:www.youtube.com/ watch ? v = q8CQAOwi2RI
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《广达》杂志社:https://twitter.com/QuantaMagazine
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英国网络量子信息技术国家量子技术中心:https://twitter.com/NQIT_QTHub
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量子软件列表:https://github.com/qosf/os_quantum_software
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微软Quantum软件开发工具包:https://marketplace.visualstudio.com/items?itemName=quantum.DevKit
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开源和商业量子软件项目和在线量子门户:https://github.com/qosf/os_quantum_softwar
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量子世界协会:http://quantumwa.org/
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澳大利亚,澳大利亚研究委员会工程量子系统卓越中心:https://equs.org/
澳大利亚量子计算与通信技术中心:www.cqc2t.org
巴塞罗那,加泰罗尼亚,西班牙,光子科学研究所:http://quantumtech.icfo.eu//
巴塞罗那qbit: www.barcelonaqbit.com/
北京量子信息科学研究院:www.baqis.ac.cn/en/
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注:最后一节中的大部分信息来自https://quantumcomputingreport.com/players/governmentnon-profit/.www.sciencedaily.com/news/matter_energy/quantum_physics/www.sciencedaily.com/news/matter_energy/quantum_physics/