发布日期：2025-10-08 浏览次数：
量子计算时代的到来给网络安全带来了诸多挑战。量子计算机蕴含着巨大的计算能力，这可能会破解RSA 和ECC等广泛使用的加密算法，因为这些算法依赖于量子机器能够以指数级速度求解的数学问题。这种新兴威胁破坏了保护当今数字基础设施的安全机制，涵盖从网上银行和云服务到政府通信和关键供应链等方方面面。
随着组织和政府为这一重大转变做好准备，“后量子信任”的基础必须从硬件内部开始。这包括基本的安全锚点，例如：硬件安全模块 (HSM)、可信平台模块 (TPM)以及用于生成、保护和管理加密密钥的安全区域。这些系统是信任的物理基础，如果不能保护它们免受量子时代的威胁，任何软件级加密升级都不可能真正可靠。
让我们以现实场景和行业洞察为依据，探讨为什么硬件信任根在后量子世界中至关重要。
仅有密码学是不够的；真正的安全取决于信任，而信任的基础在于密钥、证书和算法的管理和保护方式。理解量子密钥管理 (PQC) 与信任的交集至关重要，因为它不仅凸显了对新算法的需求，还凸显了安全硬件信任根的重要性，这些信任根能够在量子就绪的世界中实现安全的密钥存储、签名和加密。
后量子密码学正在设计能够抵御强大量子计算机攻击的密码算法。RSA 和 ECC 等传统公钥算法容易受到运行在量子硬件上的 Shor 算法的攻击，从而可能破解其底层的数学问题。后量子密码学 (PQC) 使用新的量子安全算法来保护未来的通信、数据和身份验证。2022 年，NIST宣布了其首套标准化后量子算法，包括用于加密/密钥封装的CRYSTALS-Kyber算法，以及用于数字签名的CRYSTALS-Dilithium和FALCON算法，并附加了SPHINCS+签名方案。这些算法旨在抵御量子计算机的计算能力，而量子计算机的计算能力很容易攻破当今基于 RSA 和 ECC 的系统。
“先窃取，后解密”的威胁凸显了采用量子计算机（PQC）的紧迫性。攻击者现在窃取并存储加密数据，意图等到量子计算机足够强大时再解密。这意味着，如果没有抗量子方法的保护，诸如健康记录、财务数据和政府情报等敏感信息可能已经面临风险。
然而，实施 PQC 不仅仅是软件更新的问题；它需要从硬件层面开始进行严格的基础变革，以确保整个堆栈的 可信度、灵活性和安全性。
硬件信任根 (RoT)是嵌入在设备中的安全防篡改组件，旨在为所有加密和安全操作奠定基础。它在系统启动时初始化信任，并确保硬件和软件组件的完整性、真实性和可靠性。随着我们进入后量子时代，这些硬件信任锚必须不断发展，才能保持抗量子攻击的能力。
硬件信任锚的关键功能
不可变的设备身份
每个设备都内置有唯一的硬件身份，无法更改或伪造。此身份用于向其他系统验证设备身份，确保只有受信任的硬件才能参与安全通信。在量子世界中，保护此身份对于防止冒充攻击至关重要。
安全密钥存储和管理
加密密钥存储在安全硬件（例如 HSM 或 TPM）中，使其无法被恶意软件访问或物理篡改。这可以防止攻击者提取敏感密钥，尤其是在升级到后量子密钥时，因为后量子密钥可能更大，并且需要强大的生命周期管理。
用于密码学的随机数生成
真随机性是强加密的基石。基于硬件的真随机数生成器 (TRNG) 提供源自物理源（例如电子噪声）的高质量随机性，其可预测性远低于基于软件的伪随机数生成器。这增强了 PQC 密钥的不可预测性，并降低了弱加密种子值的风险。
设备启动期间验证软件签名
在系统启动之前，硬件会使用加密签名验证固件或操作系统的完整性和真实性。这确保只有可信的、未经篡改的代码才能在设备上运行。在后量子时代，安全启动机制将需要抗量子签名验证来维护信任。
这些元素还必须具备抗量子能力，以防止量子攻击者的攻击。例如，像AWS这样的云提供商使用硬件安全模块 (HSM)来保护加密密钥并验证系统软件。未来，这些相同的硬件锚点将需要不断发展以支持后量子算法，确保即使面对量子威胁也能提供同样强大的保障。
在量子计算时代，保障数字基础设施的安全不仅仅需要升级加密算法，更需要从硬件层面开始的信任。硬件提供了后量子时代信任的基石，因为它提供了不可篡改的身份、防篡改的密钥存储、真正的随机数生成以及单靠软件无法保证的安全启动过程。如果没有安全的硬件基础，即使是最先进的后量子算法也容易受到攻击，因此硬件信任锚是构建量子弹性未来的关键起点。
单纯的软件解决方案容易受到复杂的攻击。硬件组件，例如：硬件安全模块 (HSM)和可信平台模块 (TPM)，提供了防篡改和抗篡改的环境，在最低层级保护加密密钥和敏感操作。防篡改环境意味着硬件经过精心设计，能够检测并抵御物理或逻辑入侵尝试，例如探测、旁道攻击或强制提取密钥，并且通常会在检测到篡改时擦除或锁定关键机密。这一点至关重要，因为一旦加密密钥泄露，任何算法，即使是后量子算法，都无法阻止其被滥用。
在后量子时代，这些设备将通过从根本上加强完整性，成为抵御新型量子攻击的 终极屏障。
量子弹性算法仍在不断发展，并逐步标准化（例如，NIST 的 PQC 标准）。支持固件更新、加密敏捷性和模块化 SDK 扩展的硬件，使组织能够快速采用新的 PQC 算法，而无需更换整个基础架构。这种敏捷性对于快速适应并保持长期安全至关重要。
最近的一个例子是 Thales Luna HSM，其固件版本 7.9 和 7.9.1 引入了对 NIST 标准化后量子算法（例如ML-KEM和ML-DSA）的支持。这些更新使企业只需执行固件升级即可在现有 HSM 硬件内启用量子安全加密和签名，无需进行颠覆性的硬件更换或重大架构变更。这种敏捷性使企业能够快速响应 PQC 的进步，确保在量子时代的合规性和弹性。
许多系统保存着需要保密数十年的密钥或数据，例如健康记录、金融交易和政府机密。如果目前保护不力，这些数据可能会被未来的量子计算机解密（“先收集，后解密”）。硬件信任根可实现安全的密钥生命周期管理和面向未来的加密技术，从而保护机密免受当前和新兴量子威胁的侵害。
监管机构越来越多地要求加密解决方案经过认证，具有抗量子性能，并符合FIPS 140-3和 PQC 算法等标准。
值得注意的是，FIPS 140-3 与国际密码标准接轨，并扩大了其范围，涵盖硬件、固件、软件和混合模块。它强调密码灵活性，使模块能够集成并验证 NIST PQC 项目批准的新型量子安全算法。该标准还增强了对物理安全性、防篡改、多因素身份验证（尤其是在 4 级）和侧信道攻击缓解的要求。重要的是，密码算法验证程序 (CAVP) 现在包含对 ML-KEM 和 ML-DSA 等后量子算法的测试和认证，以便在 FIPS 140-3 验证的模块中使用。
采用 FIPS 140-3 认证的硬件安全模块使组织能够满足新兴的合规性要求、降低风险并在客户和合作伙伴之间建立信任，同时确保其加密基础设施免受量子计算威胁。
Thales Luna HSM是全球首个获得FIPS 140-3 Level 3认证的HSM产品。
随着量子计算的进步，各行各业的组织开始实施后量子加密解决方案，以保护敏感信息免受未来量子威胁的侵害。从保障政府通信安全到保护金融交易和关键基础设施，这些现实场景展现了基于后量子算法的硬件信任根如何为高弹性、面向未来的安全奠定基础。
了解这些早期采用的例子有助于说明当今集成抗量子硬件信任锚的实际重要性和日益增长的必要性。
场景一：电信网络设备
领先的公司将后量子信任锚嵌入到网络设备中，以确保路由器和交换机上运行的代码是量子安全的且不可修改的。例如，思科的信任锚技术利用量子安全签名、安全启动和不可变的设备身份，从硬件开始建立牢不可破的信任链。
场景二：云数据中心和安全交易
金融机构和云提供商使用能够进行混合加密操作的 HSM，并在过渡阶段结合经典算法和PQC 算法。这确保了密钥保护，可抵御未来量子攻击，从而实现安全的客户端身份验证、数字签名和加密通信。
场景三：物联网和汽车系统
更新机制有限或没有频繁更新机制的设备需要在硬件模块内尽早采用 PQC，以保证安全的固件更新、防止篡改并在产品生命周期内（有时可延长十多年）保持数据机密性。
虽然新的部署可以从一开始就采用抗量子硬件，但更新旧基础设施以支持后量子密码学却面临着巨大的障碍。许多传统设备，尤其是关键基础设施、电信、金融网络或嵌入式应用中的设备，在设计时都没有模块化升级路径，或者其硬件无法轻松修改以适应新的密码标准。
这使得部署新的支持量子计算 (PQC) 的信任锚变得困难，通常需要更换所有硬件、进行昂贵的重建或进行复杂的集成工作。此外，此类更新可能会导致运营中断，需要进行大量测试以验证向后兼容性，并且需要供应商提供报废设备可能缺乏的支持。这些障碍凸显了在将抗量子硬件集成到现有环境中时，积极规划和分阶段迁移策略的重要性。
对于致力于保护其最关键资产免受新兴量子威胁的组织而言，构建强大的后量子硬件信任策略至关重要。该策略涵盖从审计现有加密资产和评估量子风险，到选择支持后量子算法的敏捷硬件平台并实施分阶段迁移计划等全方位措施。
通过将技术升级与治理、培训和持续监控相结合，组织可以确保平稳过渡到量子弹性安全态势，在运营连续性与面向未来的保护之间取得平衡。
步骤 1：清点你的加密足迹
了解加密密钥、证书和算法在您的硬件资产中的位置和存储方式。这种可见性对于确定更新优先级和规划无缝过渡至关重要。同样重要的是，要对硬件供应链安全性进行评估，以确保设备和组件值得信赖，并且不存在篡改或伪造风险。
步骤 2：部署量子就绪硬件信任根
投资已支持或可升级至支持后量子加密 (PQC) 算法的硬件模块，例如 TPM 和 HSM。这些设备提供安全的密钥管理、真正的随机数生成和不可变的设备身份，同时还能确保硬件本身能够抵御供应链入侵。
步骤 3：实施加密敏捷框架
利用模块化、可更新的硬件设计来部署混合经典算法和 PQC 算法。这使得企业能够在新的 PQC 标准出现时无缝切换，而无需中断关键业务运营或进行昂贵的硬件更换。
步骤 4：持续测试并规划合规性
在实际条件下持续测试支持 PQC 的硬件组件。这可确保解决方案符合新兴的监管要求和加密标准，从而有助于保持合规性并逐步建立利益相关者的信任。
过度到后量子时代并非仅仅更换算法那么简单，它需要重新思考构成安全生态系统信任支柱的硬件、策略和工作流程。这正是揽阁信息的价值所在。作为顾问和实施合作伙伴，我们可以帮助您和您的组织构建量子安全基础，同时保持您的运营韧性。
我们是Thales的长期合作伙伴，可以为您提供Luna HSM的产品、技术支持、定制化解决方案。
我们会帮助您发现并映射所有加密资产，例如TLS证书和SSH密钥到PKI层级结构和HSM配置。
我们会为您设计加密敏捷策略，确保您的PKI、应用程序和HSM硬件在迁移过程中能够同时支持经典算法和PQC算法，从而实现合理平稳的PQC迁移。
我们会根据您的IT环境需求，提供更多可与HSM集成的第三方产品，如：Digicert公司的证书、工具和管理产品。
在后量子时代，信任将不再仅仅依赖于加密软件，而是从根本上源于硬件内部。硬件信任根源体现在安全、可更新且具备量子弹性的模块上，构成了面向未来的安全架构的基础。它们确保身份的不可篡改，保护长期有效的密钥，并提供应对不可预测的量子威胁形势所必需的加密敏捷性。采用这种硬件优先的后量子时代就绪方法的组织，将在量子时代的未来确保信任、合规性和竞争优势。
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