这位研究人员正助力抵御量子计算安全风险

在未来的 5 到 10 年内，据预测量子计算机将能够破解从个人健康记录到国防合同的一切内容。

这是因为这些机器注定将极其擅长破解加密代码。Northeastern University 电子与计算机工程教授 Yunsi Fei 解释说，遍布网络的数学算法有助于保护我们宝贵的数据免受黑客攻击。

她说，今天的计算机需要 100 万年以上的时间才能解开当今加密技术背后的数学公式。但量子计算机只需极短的时间就能解开它们。

全球管理咨询公司 Boston Consulting Group 估计，“到 2035 年，量子计算机有超过 50% 的可能性破解广泛使用的加密算法。”

为了防范这一风险，世界各地的政府和开发商已经开始开发新的 post-quantum cryptography (PQC) 算法和技术。今年 6 月，White House 甚至发布了一项关于 PQC 技术发展的 executive order。

该命令指示联邦机构投入时间和资源加速向 PQC 技术的过渡，强调了它们在保护“关键基础设施和（以及）数字经济”免受潜在量子计算机威胁方面的重要性。

现在，在 National Science Foundation 的支持下，Yunsi Fei 将在接下来的几年里提高后量子计算加密标准对未来黑客可能拦截这些系统的几种最常见方式的韧性。

“如果量子计算机在未来 5 年内问世，我们不能等到那时才开始寻找替代算法，”她说。

在这个为期 3 年的项目中，Yunsi Fei 及其 Tufts University 的合作者将研究名为 CRYSTALS-Kyber 的 PQC 算法。该算法由 National Institute of Standards and Technology 选定，该机构负责制定科学和技术领域使用的国家指南和标准，旨在将其作为当前加密系统的最终替代方案。

CRYSTALS-Kyber 由计算机公司 IBM 在 2010 年代初开发。从 Amazon Web Services 到 Cloudflare 的各家公司都已将该技术及其更新版本整合到其业务运营中。

尽管这些系统很先进，但仍然容易受到攻击。具体而言，Yunsi Fei 将致力于提高系统对两类网络安全威胁的韧性——侧信道攻击和故障攻击。

Yunsi Fei 解释说，侧信道攻击涉及黑客从加密设备中收集基本信息，例如功耗水平、电磁频率和使用时间，以此获取对系统的访问权限。

故障攻击是指黑客刻意在系统中引入干扰以制造错误。这可能表现为通过干扰电源电压以及引起系统内的温度变化来干扰系统。

她说，为了在测试中切实改进这些系统，Yunsi Fei 及其同事将本质上像专业黑客一样工作。

“我们不希望人们偷听我们的谈话或发现我们的密码，”Yunsi Fei 在描述这项研究的重要性时说。“这确实是机密性和隐私的基础。我们想要保护这些。”

研究人员将分三个方向开展这项工作。

在第一个方向上，他们将致力于了解这些系统如何容易受到侧信道攻击，通过在真实硬件上测试 Kyber 算法，以确定其“泄露”了多少信息。然后，他们将致力于开发解决此问题的代码。

在第二个方向上，他们将研究故障攻击，采用类似的方法，刻意在系统中引入物理错误，以观察系统的反应，并尝试提出可行的解决方案。

最后，他们将开发专用硬件系统，将解决方案付诸实践。

“归根结底，我们正在利用我们的专业知识和黑客能力来保护系统，”她说。“我们拥有一种道德黑客的心态来寻找特定的漏洞。”