一、研究背景及意义
量子计算的发展对金融行业现有的安全加密系统带来潜在威胁。本报告调研了量子计算的发展现状，研究了量子计算对现有密码体制的威胁，并结合金融业务密码算法应用情况分析了量子计算对国内金融行业的影响性。报告同时结合我国实际情况，给出了面向国内金融行业的量子安全威胁应对策略。
二、量子计算发展现状及趋势
量子计算技术的研究主要分为量子计算机硬件的研制和量子算法的设计与优化两个方面。
（一）算力发展
衡量量子计算机的性能指标包括量子比特数、门保真度、相干性、逻辑连通性、可扩展性等。目前，超导量子计算机、光量子计算机和离子阱量子计算机是主要的量子计算机设计路线，各路线在性能参数上各有优劣，仍待进一步研究与优化。
（二）算法发展
量子算法发展经历了理论提出及探索阶段、通用量子算法发展阶段和专用量子算法繁荣阶段。Shor算法和Grover算法是量子计算领域最著名的两个算法，Shor算法可以在多项式时间内解决大整数分解问题，Grover算法相较于经典搜索算法在计算复杂度上可以获得平方级加速。
三、量子计算对金融行业的安全威胁及其影响性分析
（一）对密码体制的威胁
量子计算机攻破密码算法需要同时具备降低密码破解复杂度的量子算法和具备足够算力的大型量子计算机。目前，Shor算法对于RSA、ECC、SM2等非对称密码体制造成实际影响的时间预估在2037年以后；Grover算法理论上将使得AES、SM4、SM3等对称密码及散列算法的安全强度减半，但结合实际的实现情况Grover算法对于AES的影响性暂时也低于预期。
（二）对金融业务的影响
量子计算会对数据传输加密、数据存储加密、数字签名、完整性校验、区块链、隐私计算等技术应用带来不同程度的潜在影响。应用非对称密码算法、保护长期数据、涉及范围广、交互体验更强的业务场景受影响更大。当下，面临较为紧迫威胁的是“先存储，后破解”的场景。
四、面向国内金融行业的量子安全威胁应对策略
（一）通过强化或重构密码算法应对量子安全威胁
- 密码算法安全增强：通过增加密钥或散列值长度等方式增强对称密码算法及散列算法的安全强度。
- 抗量子密码迁移：采用基于格、多变量、编码、哈希等领域的抗量子密码算法替代现有的RSA、SM2、ECDSA等算法。
- 加密敏捷性机制：设计一套具备加密敏捷性的密码算法使用机制，实现密码算法的快速切换。
- 过渡期安全增强：在保留现有国密SM算法体系不变的情况下，对数据进行第二道的抗量子加密。
（二）通过量子技术本身的特性应对量子安全威胁
- 量子密钥分发（QKD）：通过传送量子态的方法实现信息论安全的密钥生成和分发。
- 量子随机数发生器（QRNG）：利用量子力学过程产生随机数，具备信息论意义的安全性。
- 量子隐形传态（QT）：利用量子的纠缠态，来传输量子比特实现通信。
- 量子安全直接通信（QSDC）：将信息加载于量子态，并直接在量子信道进行传输，保证信息传输安全。
（三）综合应用抗量子密码技术和量子密码技术
融合应用抗量子密码技术和量子密码技术可以构建一个抗量子计算的、具有长期安全性的、完整的密码体系。例如，QKD结合对称密码技术可以在信息的机密性、真实性和完整性方面实现量子计算的长期安全性。
（四）各类应对措施对比
抗量子密码迁移是目前最为主流的量子安全威胁应对策略，但现阶段国内抗量子密码算法尚未形成通用标准，且相较于现有非对称密码算法普遍存在参数尺寸过大的问题，对算法应用会产生一定的性能差距。量子密钥分发技术目前比较成熟，但从场景角度看，其无法实现对于不可抵赖性的保护，存在局限性。
五、总结与展望
量子计算技术正处于高速发展的阶段，对现有密码体系安全使用年限的预估也随之浮动。根据理论与实验分析，量子计算机的量子比特数目前仍较少，且噪声问题尚未得到有效解决，其对现有密码体系及金融行业的影响主要有以下总体结论：
- 在非对称密码体制方面，Shor算法对于RSA、ECC、SM2等非对称密码体制造成实际影响的时间预估在2037年以后，但仍有必要加紧对抗量子密码算法的研究。
- 在对称密码体制及散列算法方面，Grover算法在量子环境下对AES、SM4、SM3等对称密码及散列算法进行攻击难以达到使其安全强度直接减半的实际效果，未来可通过扩展密钥或散列值长度等方式实现安全增强。
- 在金融业务应用方面，量子计算会对数据传输加密、数据存储加密、数字签名、完整性校验、区块链、隐私计算等技术应用带来不同程度的潜在影响。应用非对称密码算法、保护长期数据、涉及范围广、交互体验更强的业务场景受影响更大。当下，面临较为紧迫威胁的是“先存储，后破解”的场景。
要快速、准确地评估量子计算对密码系统整体的影响程度存在一定的困难，应当提前准备、部署抗量子安全的密码体系来应对未来的量子威胁，保障金融行业基础设施的安全，保证金融行业数据的长效安全性。可以从强化顶层设计布局、始终紧跟前沿进展、推进标准体系构建、深化量子技术研究、研究开展抗量子密码迁移试点等方面持续开展工作。
