发布日期：2025-02-25 浏览次数：
随着量子时代的快速临近，这已不再是遥不可及的可能性。一项重大进展是，美国国家标准与技术研究院 (NIST)宣布了淘汰过时加密算法的正式截止日期。到 2030 年，RSA、ECDSA、EdDSA、DH 和 ECDH等算法将被弃用，到 2035 年，它们将被完全禁止使用。
必须采用抗量子能力来保护敏感数据免受量子威胁，例如 Harvest Now Decrypt Later。此消息的紧迫性在 2024 年 8 月 13 日得到强调，当时在现有加密基础设施中发布了前三种抗量子算法：FIPS 203 (ML-KEM)、FIPS 204 (ML-DSA) 和 FIPS 205 (SLH-DSA)。
正如 PQC 标准化项目负责人达斯汀·穆迪 (Dustin Moody) 所说，“我们鼓励系统管理员立即开始将它们集成到他们的系统中，因为全面集成需要时间。”
在这一转变中取得成功的组织不是那些适应速度最快的组织，而是那些以远见、目的和理解来对待 PQC 的组织。
即使量子计算带来了新的威胁，公钥基础设施 (PKI)仍然是保护数字通信的支柱。PKI 确保数字证书值得信赖，而随着 PQC 的集成，这些证书将继续保护量子时代通信的完整性和真实性。
为了建立安全通信，浏览器会检查网站的数字证书以验证其真实性。此证书包含用于加密的公钥，由受信任的组织（证书颁发机构）颁发。验证过程依赖于RSA或 ECDSA 等传统加密算法来确保网站合法且连接安全。
这就是PQC发挥作用的地方。通过更新 PKI 以使用抗量子算法，我们可以确保这些数字证书在量子时代仍然值得信赖。当我们访问该安全网站时，浏览器将使用抗量子算法验证网站的证书，从而确保敏感数据的安全。
随着量子计算的出现，现代化 PKI 是实现量子弹性安全性的关键第一步。让我们来分析一下 PQC-Ready PKI 的主要特征：
通过将抗量子算法集成到 PKI 系统中来采用新的加密标准
现代 PKI 系统旨在集成 PQC 算法，无需彻底改造。让组织在保持当前安全的同时为未来做好准备。
现代 PKI 系统在构建时充分考虑了加密灵活性，可以轻松过渡到新的抗量子方法。
有效的密钥管理（包括处理传统密钥和 PQC 生成的密钥）是必须的。
实现后量子密码学 (PQC)就绪公钥基础设施 (PKI)涉及几个关键步骤，以确保您的密码系统能够抵御量子计算带来的威胁。以下是如何实现 PQC 就绪 PKI 的步骤。
创建根 CA 并为 PQC 颁发 CA 涉及采用抗量子加密算法进行密钥管理和证书签名。以下是分步说明：
首先选择一种已经标准化或正在标准化的抗量子加密算法（例如 ML-KEM、ML-DSA 或基于哈希的算法，如XMSS）。所选算法为根 CA生成密钥对（公钥和私钥）。这将是根 CA 操作和签名功能的加密基础。
根 CA 证书建立了信任链的起点。要创建此证书，请使用PQC 私钥对根 CA 证书进行自签名。这是一个至关重要的步骤，因为根 CA 负责验证和信任其签名的任何中间 CA 或颁发 CA。证书将包含公钥、有效期和其他识别信息等信息。
RootCA 私钥是 PKI 系统中信任的基石。因此，私钥应存储在 FIPS 140-3 Level 3 认证的硬件安全模块 (HSM) 或专用密钥管理解决方案中，以防止未经授权的访问并确保其不会被泄露。揽阁信息出售的 Luna HSM 是全球第一批获得 FIPS 140-3 Level 3 认证的产品。
与根 CA 类似，为颁发 CA 生成 PQC 密钥对。此密钥对将用于为终端实体（如服务器、客户端等）签署证书。颁发 CA 必须使用与根 CA 相同的抗量子算法或类似强度的算法，具体取决于安全要求。
颁发 CA 将生成证书签名请求 (CSR)。此 CSR 包含颁发 CA 的公钥和识别信息，将用于向根 CA 请求证书。CSR 由颁发 CA 的私钥签名，以证明其身份并向根 CA 请求签名证书。
根 CA 将验证 CSR，如果有效，则使用其私钥（安全存储）签署颁发 CA 证书。然后，此签名证书将返回给颁发 CA，颁发 CA 可以在签署最终实体证书时使用它来证明其身份。
一旦颁发 CA 获得其证书，它就可以使用其私钥来签署最终实体证书（例如网站、客户端等），从而创建从根 CA 到最终实体的信任链。
PQC 复合证书结合了传统算法和后量子算法，简化了向量子安全系统的过渡。通过管理这些混合证书，组织可以将 Dilithium (ML-DSA) 或其他量子安全算法与 RSA/ECDSA 算法集成在一起。
| 复合键类型 | 密钥大小 | 签名算法 |
| MLDSA-44 + RSA2048 | MLDSA-44，RSA2048-Sha256 | MLDSA-65，sha512 + RSA |
| MLDSA-44 + ECDSA256 | MLDSA-44，ECDSA256 | MLDSA-44，sha256 + ECDSA |
| MLDSA-65 + RSA3072 | MLDSA-65，RSA3072-Sha512 | MLDSA-44，sha256 + RSA |
建议使用 TLS 1.3 作为 PQC 实现的基础。配置服务器以使用 TLS 1.3，并选择适当的密码套件，这些密码套件结合了后量子密钥交换算法（如 ML-KEM）和数字签名方案（如 Dilithium），而不是传统的非量子抗性算法，从而有效地在 TLS 1.3 握手过程中用 PQC 对应机制替换当前的密钥交换和签名机制。
虽然将 PQC 集成到 TLS 1.3 中可能会因密钥较大而导致握手开销略有增加，但仍在进行优化以最大限度地减少性能影响。
如果没有明确的加密策略和明确的角色，复杂的公钥基础设施 (PKI) 系统可能会变得混乱。拥有标准化的流程来管理密钥、证书和加密操作非常重要，这样一切才能顺利运行。以下是管理 PKI 环境中治理因素的一些技巧。
制定从当前加密算法迁移到 PQC 的详细路线图。该时间表应包括关键里程碑、每个阶段的截止日期以及最终实施目标。
从评估和迁移关键系统开始，然后逐步推广到不太重要的系统。
评估当前系统和基础设施与 PQC 算法的兼容性。确定需要更新或替换的任何旧系统。
对于处于过渡期的系统，考虑使用混合模型（例如，结合传统算法和量子安全算法）以确保顺利集成和互操作性。
自动化在PKI 现代化中起着至关重要的作用。从证书颁发到撤销和续订，自动化这些流程将简化操作、减少手动错误并提高 PKI 基础设施的效率。使用一键式 CA 转换等功能始终保持证书生命周期管理的灵活性，以实现加密敏捷性是一个好主意。
时间正在流逝。各行各业从 SHA-1 到 SHA-2 的转变耗时超过12 年。由于量子威胁出现的速度比预期的要快，我们不能再等十年才能实现这一转变。
以下建议将指导组织调整其 PKI 基础设施，使其具有抗量子性能和面向未来的能力。
作为 NIST PQC 标准化过程的一部分，我们正在评估几种抗量子算法。选择符合您组织安全要求的算法，考虑密钥大小、安全级别和性能等因素。确保所选算法适合与您现有的 PKI 基础设施集成，并能提供针对潜在量子攻击的长期安全性。
在您的 PKI 内进行概念验证测试，以评估所选 PQC 算法的兼容性和性能。此试验阶段对于识别任何潜在问题（例如集成挑战、性能瓶颈或与现有应用程序的兼容性）至关重要。
在受控环境中进行测试可以让您了解采用 PQC 对现有系统和流程的影响，而不会给您的运营环境带来安全风险。
确保您的PKI 供应商支持最新的 PQC 标准并提供必要的更新。随着 PQC 标准不断发展，与积极将这些功能集成到其软件中的供应商合作至关重要，确保您的 PKI 基础设施与新兴的量子安全算法保持兼容。
它可能包括新的加密库、更新的证书管理协议和增强的密钥管理程序，以处理 PQC 日益增加的复杂性。
制定从传统加密逐步迁移到 PQC 的详细策略。应仔细规划这一过渡，以最大限度地减少对业务运营的服务中断，并确保系统在迁移期间保持安全。
该计划应包括密钥管理程序，以应对在过渡阶段同时处理经典算法和抗量子算法的需求。这种混合方法可确保在集成抗量子解决方案的同时，旧系统继续安全运行。
虽然能够破解当前加密技术的量子计算机尚未普及，但现在必须开始规划向 PQC 的过渡，以避免未来出现潜在的安全漏洞。如果等待太久才采用 PQC，一旦量子计算机能够破解现有加密系统，您的组织就可能面临风险。
这些策略指的是组织如何从传统 PKI 系统过渡到量子安全 PKI 系统。以下是每种策略的细分：
| 完成迁移 | 这种方法涉及直接从旧 PKI 系统过渡到量子安全 PKI。 这是一个全面转变，旧基础设施完全被量子安全解决方案取代，确保从证书到加密算法的所有内容都得到更新，以抵御量子计算威胁。 | ML-KEM、ML-DSA、SLH-DSA、SIKE 和其他 PQC 算法 |
| 过渡性移民 | 在这种方法中，旧版和量子安全 PKI 在迁移阶段同时运行。 这使组织有时间逐步迁移到量子安全系统，同时仍保留旧版基础设施。这是一个更加渐进的过渡，有助于确保过程中的稳定性和安全性。 | RSA、ECDSA（经典）与 Kyber、Dilithium 或其他 PQC 算法相结合 |
| 混合向后兼容 | 这一策略涉及将旧 PKI 切换到向后兼容的系统，这意味着它将继续支持旧算法，同时纳入混合证书。 这些混合证书将传统加密算法（如 RSA）与后量子算法相结合，为量子安全架起了桥梁，而无需完全放弃旧 PKI。 | RSA（经典）+ Kyber（PQC）或 ECDSA（经典）+ NTRU（PQC）。 |
虽然过渡到 PQC 至关重要，但仍存在一些挑战，例如：
通过多年的行业经验，以及成为顶级安全厂商的合作伙伴，我们根据您的业务场景和现状进行评估，为您提供定制化的解决方案：
评估加密环境的现状，找出当前加密标准和控制（如密钥生命周期管理和 加密 方法）中的差距，并对加密生态系统的任何可能威胁进行彻底分析。
根据加密资产和数据对 PQC 迁移的敏感性和关键性进行识别和优先排序。
确定可在组织网络中实施以保护敏感信息的 PQC 用例
我们协助确定您的组织所面临的加密挑战、危害和威胁。
我们支持无缝迁移到新的 CA、证书和 PQC 算法。
我们支持自动化证书和密钥生命周期管理，以实现更强的安全性和持续合规性。
确保符合行业标准。
我们帮助您了解新的 PQC 算法及其在您的组织中的使用和利用情况。
现在联系我们，与我们的安全专家进行交流吧。
总之，转向后量子密码学 (PQC) 是确保量子时代数字通信安全的重要一步。通过转换公钥基础设施 (PKI)系统以适应抗量子算法，组织可以确保其加密系统能够抵御新兴的量子威胁。虽然过渡带来了挑战，包括算法选择和遗留系统集成，但主动规划、试点测试和明确的治理将有助于简化这一过程。如今接受 PQC 准备的组织不仅可以保护其数据，还可以将自己定位为为安全、量子弹性未来做准备的领导者。
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