量子时代来临：波士顿大学团队开发新型物理加密技术保障数据安全

在高度互联的世界中，加密通信成为我们日常生活中不可或缺的一部分，从网络购物到数字签名再到银行交易，加密技术通过将数据转换为不可读的格式来保护我们的信息安全。然而，随着网络攻击的日益智能化和多样化，目前的加密方法正面临巨大压力。JP摩根报告称，每天要抵挡45亿次黑客攻击。 最严峻的威胁来自量子计算的发展，即所谓的“Y2Q”或“Q-Day”，这一天量子计算机将使得现有的大多数加密方法变得无用。量子计算机利用了粒子的量子叠加和纠缠特性，可以在一天内破解目前最快的超级计算机需要数千年才能破解的RSA-2048加密算法。这不仅是对互联网安全的一次重大考验，也对社会的稳定构成了潜在威胁。 为应对这些挑战，由波士顿大学领导的多学科研究团队正在开发一种基于物理学的数据安全和隐私方法。该团队包括来自康奈尔大学和中佛罗里达大学的合作者，他们在《国家科学院院刊》上发表了一篇论文，介绍了其在密码学领域的新思路。这项研究的主要负责人、波士顿大学物理系杰出教授安德烈·鲁克斯坦表示，他们引入了一种真正的范式变革，通过跨学科的融合为未来的数据安全提供了新的解决方案。 现有的加密技术大多依赖于难以解决的数学问题，只能保护数据在传输或存储过程中的安全，无法在数据使用过程中提供保护。这对于依赖大量私密或机密数据的人工智能训练模型来说是一个巨大问题，因为这些模型在训练过程中需要解密数据，从而暴露信息。此外，当前的隐私保护技术通常会降低处理速度，难以大规模应用。 为解决这一问题，波士顿大学的研究团队提出了一种名为“加密运算符计算”（EOC）的新方案。EOC结合了物理学、计算机科学和数学的原理，旨在开发能够在加密数据上直接进行计算的方法，实现更高的安全性和隐私保护。“EOC方法不仅仅是用于经典计算机的经典计算，其实质性突破来源于量子计算的启发。”项目团队成员、波士顿大学物理系教授克劳迪奥·查蒙说道。 研究团队在论文中提出了一个动态过程，可以通过重新排列逻辑门来混淆任何计算电路，使其结构随机化而不改变功能。这种方法不仅能够快速打乱信息，还能彻底破坏所有模式，使程序几乎不可能被逆向工程。研究愿景是创建一个可信的环境，使数据和使用数据的程序都保持隐藏状态。 为了将这些密码学概念转化为实用工具，研究团队计划将EOC框架开发成可扩展的专用硬件，加速性能并使安全、隐私保护计算在现实世界中广泛应用。康奈尔大学数学系教授蒂莫西·里利评价道：“这种跨学科的合作是一个极为珍贵的机会，让我们能够理解彼此的语言，从不同视角学习，并共享驱动我们工作的模型、问题和抽象。” 波士顿大学工程学院杰出教授雅尼斯·帕斯卡利迪表示：“数字基础设施的发展迫切需要更强大的安全性来保护我们的经济、隐私和国家利益。这项工作展示了如何通过跨学科的研究推动实际影响，开启全新的技术前沿。” 波士顿大学哈里研究所通过其量子汇聚重点研究计划支持了这一项目，促进了该校在量子科学与工程领域的跨学科合作。研究团队成员均隶属于该研究所，体现了其在推动科技创新方面的强大实力。