抗量子密码技术及应用研究报告

密码技术研究所 查奇文 目录 一、抗量子密码发展背景 二、抗量子密码技术概述三、抗量子密码迁移态势四、抗量子密码发展展望 1.1量子科技发展日新月异 量子科技作为新一轮科技革命和产业变革的颠覆性技术之一，成为大国战略竞争“新战场”。 习近平总书记强调“加强量子科技发展战略谋划和系统布局，把握大趋势，下好先手棋”。 构建未来产业全链条培育体系，推动量子科技等成为新的经济增长点。 培育发展未来能源、量子科技、具身智能、脑机接口、6G等未来产业。 中华人民共和国国民经济和社会发展第十五个五年规划纲要 1.1量子科技发展日新月异 量子科技主要包含量子计算、量子通信、量子精密测量三大核心支柱。 量子计算持续突破 产值快速增长：全球市场规模预计由2023年的47亿美元快速增长至2035年的8000亿美元，占据量子科技近90%份额。 技术多样发展：超导、离子阱、光量子、中性原子等路线均取得重要进展。 算力快速提升：量子计算机比特规模已突破千级，在特定问题上实现对超级计算机的超亿亿亿亿亿亿倍算力超越。 “九章四号”求解高斯玻色采样任务仅需25微秒，而当前全球最快的超级计算机El Capitan需1042年时间，量子优势比达到1054。 1.2量子计算进步催生抗量子密码技术的紧迫需求 尽快研发抗量子密码算法（PQC）并逐步完成迁移已成为国际共识。 量子计算机的发展对传统密码体系带来严峻威胁。 谷歌专家研究指出，百万级量子比特的量子计算机可在7天内破解当前广泛使用的RSA-2048算法，而最先进的超级计算机也需耗费数十万年时间，最新研究更是将所需量子比特数降至10万量级。 目前业界普遍认为，2035年前后将出现实用型量子计算机，“先存储、后破解（SNDL）”的新型攻击进一步压缩时间窗口。 数据所需的保密期限 1.3全球抗量子密码标准化进程全面加速 各国积极推进PQC算法标准布局，呈现“美国显著领先，多国差异化竞逐”的特征。 欧洲坚持融入国际主流与自主创新并重 美国PQC标准化进程全面领先 •2016年，启动PQC算法征集。•2022年，确定Kyber等4个标准算法。•2024年，发布全球首批3个抗量子密码标准。•2025年，增设HQC为第5个标准算法。 •2020年，启动“地平线2020”项目鼓励参与NIST征集，多国明确表示将NIST标准作为重要参考。•2023年，出台全球首份《量子技术标准化路线图》引领标准化方向。 构建了既深度参与国际协作、又前瞻布局自主能力的发展模式 标准在全球形成广泛影响，成为多国开展PQC工作的重要参考 韩国PQC算法标准化速度位居世界前列 中国加速构建自主可控的PQC算法体系 •2021年，启动PQC标准化项目KpqC。•2025年，正式遴选出国家标准算法SMAUG-T、NTRU+、AIMer、HAETAE。 •2018年，举办“全国密码算法设计竞赛”。•2024年，CTRU/CNTR、LMS/HSS-SM3算法在密标委正式立项。•2025年，商用密码标准研究院开始征集新一代公钥密码算法、杂凑算法。 构建了自主可控的抗量子密码技术体系 标准化布局起步较早且相关工作持续积累，现已进入关键发展期 1.3全球抗量子密码标准化进程全面加速 各国际标准组织协同推进国际PQC标准化进程，将PQC融入移动通信、工业制造、电气电子等各个领域。 构建抗量子密码基础标准 引领核心通信协议抗量子升级 在其标准中纳入PQC公钥加密、数字签名及量子安全的对称密码算法。 推进IPSec、TLS、DNSSec、SSH、OpenPGP、MLS等协议的抗量子升级。 聚焦无线局域网安全增强 制定移动通信网抗量子规范 围绕PQC算法向WLAN领域协议的集成进行探索。 系统推进5G等移动通信场景PQC迁移与标准化工作。 提供欧洲抗量子迁移指导 完善电信领域抗量子顶层框架 发布量子威胁评估、量子安全算法、PQC部署案例、迁移策略相关报告、标准。 提供电信领域PQC迁移顶层设计指南。 目录 一、抗量子密码发展背景 二、抗量子密码技术概述 2.1抗量子密码技术体系基本形成 抗量子密码技术路线呈现多元化特征。 抗量子密码算法日益丰富，国内外均涌现出多个表现优异的抗量子密码算法。 2.2抗量子密码技术产业化进程加速 全球抗量子密码产业已步入规模化发展阶段，市场规模增长强劲，产业生态日趋完善。 区域市场多元化发展 产业规模不断增长 2025年北美、亚太、欧洲三大区域市场份额占比分别为38%、25%、28%。 2025年全球预计为16.8亿美元，2034年预计增长至近300亿美元，年复合增长率达37.7%。 软件、硬件与服务协同发展 产业竞争格局层次化 形成包含国际科技巨头、网络安全厂商、专业密码厂商、国家科研院所的层次化竞争格局。 2025年软件、硬件、服务占比分别为49%、31%和20%。 2.3抗量子密码技术呈现实用化发展趋势 抗量子密码产品种类持续丰富，目前“外挂式”为主流，同时存在“芯片内嵌”、“软件内生”等多种实现方式，产品形态日益丰富。 “外挂式”产品仍然是市场主流，国内厂商广泛推出抗量子密码机、密码卡、智能密码钥匙等产品。 面向敏捷部署的“软件内生”方式成为重要探索方向，部分厂商研发了支持PQC的软件密码模块原型。 “芯片级”集成路线已取得关键突破，由顶尖高校引领，部分厂商推出抗量子密码芯片。 当前，抗量子密码技术呈现实用化发展趋势，将逐步从“可用”走向“好用、可靠、可部署”。 目录 一、抗量子密码发展背景二、抗量子密码技术概述 三、抗量子密码迁移态势 四、抗量子密码发展展望 3.1全球抗量子密码迁移应用呈现政策引领与行业实践并进态势 各国抗量子迁移政策清晰，对其战略地位、标准制定、资金投入、迁移时间等作出规划，2035年为关键节点。 日本通过连续发布战略文件牵引PQC发展 韩国将PQC作为国家战略并设定清晰的迁移时限 加拿大将PQC纳入国家网络安全核心议程 美国持续发布政策文件全面推动迁移进程 欧洲通过协同路线图引领迁移进程 SafeCRYPTO、PQCrypto等项目提供资金支持； 国家量子战略将“构建PQC能力”列为核心使命之一。 发布多项法案推动PQC迁移；CNSA 2.0要求2035年前完成国家安全系统迁移；2027年1月1日前完成至少一个高影响系统迁移。 《量子技术创新战略》将“量子技术”确立为国家战略方向。 《韩国量子科学技术战略》将PQC列为战略方向之一； 发布统一迁移路线图，强调跨成员国协同行动； 要求所有联邦非机密IT系统在2035年前完成升级。 《量子未来社会愿景》强调开发PQC等技术。 要求2035年前完成国家密码系统向PQC的全面转型。 英国建议2035年前完成PQC迁移。 3.1全球抗量子密码迁移应用呈现政策引领与行业实践并进态势 各国抗量子迁移实践各具特色，重点行业实现率先突破。 美国龙头企业将PQC功能集成到自身服务和产品： •谷歌在Chrome中集成PQC方案。•Meta为大多数内部服务通信部署了PQC密钥交换。•苹果在iMessage通讯平台引入PQ3抗量子加密协议。•Zoom推出抗量子端到端加密（E2EE）功能。•Cloudflare形成全球首个完整支持PQC标准的安全访问服务边缘解决方案。 美国 欧洲使用PQC技术对金融行业关键数据进行保护： •法国中央银行在其创新中心进行了PQC应用测试。•瑞士网络安全公司WISEKEY推出首个受PQC保护的代币SEALCOIN。 欧洲 韩国电信行业抗量子密码应用进展较快： •LG U+推出全球首个PQC商业专线服务。•SK电讯成功测试了用于5G独立组网和SIM卡的抗量子方案。•三星完成抗量子芯片S3SSE2A的开发。 韩国 中国各领域纷纷涌现抗量子相关实践： •工商银行完成网络层传输加密、应用层传输加密及数字签名3类PQC试点。•中国移动在超级SIM卡上进行PQC算法的原型实现验证。•中国联通推出业内首款抗量子安全手机。•中国电信完成首个5G端到端PQC技术试验。•国家电网积极探索调度、输变电、高压监测等业务系统的PQC迁移方案。 3.2抗量子密码迁移面临多重挑战 抗量子密码性能仍存差距，密钥、密文、签名尺寸较经典算法显著增大，部分场景无法承担其性能开销。 抗量子密码安全性仍需检验，部分算法和实现方式已暴露出安全缺陷。 Kybr算法可被基于递归学习神经网络的新型侧信道攻击方法攻击 马来西亚PQC标准KAZ系列算法存在安全缺陷 SIKE算法在NIST标准化竞选期间被证明存在致命缺陷 Kyber算法侧信道风险 KAZ系列算法安全缺陷 SIKE算法被攻破 3.2抗量子密码迁移面临多重挑战 抗量子密码迁移成本高昂，大量已投入使用的硬件设备未预留算法更替接口，无法通过软件方式升级。 已发行的SIM卡预置密钥存储空间多为128比特，无法容纳抗量子密钥。 全球已签发的电子护照普遍依赖传统签名算法，换代成本极高。 抗量子密码适配难度高，需对操作系统、密码库、协议栈、应用软件等进行全链路适配。 部分中间件面对大尺寸密钥或新型密码参数时可能引发故障。 若升级与未升级节点无法有效互通，可能导致业务中断。 部分行业的密码升级须依托上游供应商推进。 部分行业场景难以直接开展抗量子改造。 后向兼容性问题 中间件兼容性问题 协议不支持问题 3.3抗量子密码迁移需遵循科学、全面的路径方案 目录 一、抗量子密码发展背景二、抗量子密码技术概述三、抗量子密码迁移态势四、抗量子密码发展展望 4抗量子密码发展展望 从管理到技术，从政府到企业，从底层硬件到上层应用，抗量子密码技术突破及迁移是一项国家系统工程。未来需从顶层统筹、技术攻关、产业培育、试点应用等方向协同发力。 03 04 01 02 产业培育 顶层统筹 技术攻关 迁移应用 关键理论研究；工程化实现方式攻关；完善测评认证体系；…… 分层分级推进抗量子应用落地；形成场景化差异方案；面向关键行业和重要系统开展试点…… 推动芯片优化；加快产品迭代；持续完善开源社区；…… 加强顶层设计；明确各阶段目标、重点领域与实施路径；持续推进标准化；……