在当今高度互联的世界里，我们每天依赖加密通讯来保障在线购物、数字签署文件、银行交易以及查看健身追踪器等操作的安全。然而，随着网络犯罪分子越来越 sophisticated，我们的网络也变得更加脆弱，每天遭到数十亿次黑客攻击。最令人担忧的威胁是所谓的“Y2Q”或“Q-Day”，即量子计算机将使当前大多数加密方法变得无用的时间点。专家预测，一台量子计算机能够在一天内破解需要现代超级计算机数千年才能完成的RSA-2048加密算法，这直接关系到互联网安全的基石。若没有有效的加密手段，整个互联系统的安全性将受到严重挑战，进而威胁到社会的稳定。 为了解决这一难题，波士顿大学领导的一个跨学科研究团队正在研发一种物理启发的数据安全和隐私保护方法。该团队包括来自康奈尔大学和中央佛罗里达大学的合作者，他们最近在《国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上发表了一篇论文，阐述了这一新方法的关键理念。项目负责人、波士顿大学文理学院物理学特聘教授安德烈·鲁克斯坦（Andrei Ruckenstein）表示：“我们面临的最紧迫和复杂的挑战之一是保护敏感数据，尤其是在准备面对量子威胁时。这项工作引入了一个真正的范式转变，提供了只有通过多学科合作才能实现的新能力。” 当前的加密方法主要依赖于难以解决的数学问题，这些方法大多只能在数据传输和存储时提供保护，而在数据使用过程中则存在安全漏洞。这对于AI训练模型等数据密集型应用来说是一个巨大问题，因为这些应用通常需要处理大量私密或机密数据。现有的解决方案要么要求在训练过程中解密数据，从而暴露信息，要么采用隐私保护技术，但这些技术会显著降低处理速度，难以大规模应用。 波士顿大学团队提出的方法称为“加密操作计算”（Encrypted Operator Computing，简称EOC），该方法融合了物理学、计算机科学和数学的最新成果，旨在开发可以直接在加密数据上进行计算的可扩展方法。这种高安全性和隐私保护水平对于区块链交易、医疗AI模型、云服务等应用场景至关重要。EOC方法不仅适用于经典计算机上的经典运算，其背后的概念突破还受到了量子计算的启发。 论文中，研究团队提出了一种动态过程，通过重新排列计算电路中的门（gate）来混淆信息，随机化电路结构而不改变功能，从而彻底打乱信息模式，使其无法被逆向工程。这种程序混淆技术可以广泛应用于各种场景，保护数据的处理及其不同用途，即使在长期的时间跨度内也能保持高度的安全性。 参与项目的康奈尔大学数学教授蒂莫西·里利（Timothy Riley）认为，这种跨学科合作是一次宝贵的机会，研究人员能够“理解彼此的语言，从不同的视角学习，并分享推动我们工作的模型、问题和抽象概念”。波士顿大学哈里里研究所的主任扬尼斯·帕夏立迪斯（Yannis Paschalidis）则强调：“数字基础设施的兴起需要更强的安全性来保护经济、隐私和国家利益。解决这些复杂挑战需要打破学科壁垒。这项研究表明，跨学科研究如何带来实际影响并打开全新的技术前沿。” 总的来说，这一研究项目不仅有望为数据安全提供更强大的保护手段，还将促进多个领域的技术进步，为未来的量子时代做好准备。