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財經

防範量子破密有解 金融業超前投入量子電腦研發應用

防範量子破密有解 金融業超前投入量子電腦研發應用
廣編企劃
2023.07.14
摘要

當今各國研究機構莫不卯足全力發展量子電腦,專家預估在2030年即將有足以破解公鑰加密系統的量子電腦出現。公鑰加密技術主要是保護在公開網際網路上進行資料交換的應用,如使用網路銀行的服務或電子商務時。而在需要進行身份驗證時所使用的數位簽章也應用公鑰與私鑰做加解密,如傳送電子郵件或電子公文時。量子破密一旦成真,將嚴重破壞商務社會運行秩序...

各國研究機構與新創如火如荼投入量子電腦的研發,除了量子破密廣泛影響各產業而深受矚目外,金融業也有許多量子電腦的研發合作陸續展開。

量子強大運算力 有助於提升資料安全性

近期IT大廠IBM與Google接連發表在量子電腦上的最新科研成果,IBM使用127量子位元的處理器進行物理模擬並得到一致且正確的答案,且精確度超越傳統超級電腦。而Google則是以其70個量子位元的處理器,在幾秒鐘內就完成全球最強超級電腦Frontier需花47年才能完成的運算任務。這些成果說明量子電腦解決複雜問題的運算能力,已是現行傳統電腦難以企及。

各國研究機構與新創近年也爭相投入相關應用領域研究,尤其量子電腦在最佳化問題的處理、模擬量子系統及加密方面相較於傳統電腦有更卓越表現,因此許多企業與研究單位投入其中。最佳化是指物流運輸路徑最佳化、金融投資組合最佳化等。而以量子電腦模擬量子系統,以化學反應的實驗為例,只要輸入數值即可估算化學反應完成後的狀態,而不需真正執行昂貴耗時的實驗,此在新藥研發或材料科學領域已有許多研究成果。此外,在加密方面則是因為秀爾演算法已證實只要有足夠大量的量子電腦即可破解RSA加密系統,因此發展對抗量子破密的新技術成為熱門研究主題。然而有哪些新加密技術可對抗量子破密?目前金融業又有哪些量子電腦應用的研究?

抵禦量子破密 後量子密碼學、量子密鑰分發各有所長

當今各國研究機構莫不卯足全力發展量子電腦,專家預估在2030年即將有足以破解公鑰加密系統的量子電腦出現。公鑰加密技術主要是保護在公開網際網路上進行資料交換的應用,如使用網路銀行的服務或電子商務時。而在需要進行身份驗證時所使用的數位簽章也應用公鑰與私鑰做加解密,如傳送電子郵件或電子公文時。量子破密一旦成真,將嚴重破壞商務社會運行秩序。

因此,美國國家標準暨技術研究院(NIST)舉辦後量子密碼學(Post-Quantum Cryptography, PQC)標準化競賽,向全球密碼學專家徵選能抵禦量子破密的加密系統與數位簽章技術。六年下來經過三輪的選拔,去年NIST已公告選出一項新的加解密系統及三項數位簽章系統,這四項加密演算法將成為未來NIST的PQC標準,預計2024年標準草案將制定完成,同時有另外四項加解密系統將繼續進入第四輪選拔,以應對不同加密需求的應用。

後量子密碼學主要是仰賴讓傳統電腦與量子電腦都難以破解的數學難題來達到加密目的,而另一種能抵禦量子破密的則是量子通訊技術,這是仰賴光子在發送端與接收端兩方傳遞加密密碼與解密,由於量子力學的特性,若中間遭人竊聽通訊,就會改變量子態並使收發雙方察覺異常以此確保安全,稱為量子密鑰分發(Quantum Key Distribution, QKD)。

清華大學投入量子通訊加密網路研究多年,日前褚志嵩副教授所帶領的團隊日前發表以衰減雷射脈衝取代量子光源的做法,大幅提升量子密鑰產率,使量子通訊速度比先前的研究提高100倍。未來可望應用於金融財務、國防通訊等機密資訊的傳輸上。

投資組合最佳化、建模、詐欺偵測 金融業展開多項量子研發

除了加解密的研究之外,許多知名金融業者也與研究機構合作,將量子電腦投入金融服務的研發應用領域。例如HSBC去年與IBM展開三年的合作,將量子電腦用於金融產品定價、投資組合管理、風險與詐騙偵測及預防等應用領域。今年再與量子運算新創公司Quantinuum合作,使用量子運算來生成加密密鑰以強化系統安全,以及將量子機器學習用於防止金融詐騙等應用。

不只HSBC,荷蘭ABN Amro銀行也曾與研究機構合作將量子密鑰分發用於保護網路銀行的交易流量。西班牙BBVA銀行也則實際進行過量子電腦用於投資組合最佳化的試驗,結果發現將量子電腦運用在超過100個變數的計算時,相較傳統電腦能快上許多。

從投資組合最佳化、選擇權定價、風險分析、詐欺偵測到金融系統建模與模擬等,量子電腦在金融領域上已有許多研究課題陸續展開。量子電腦對於金融產業的衝擊,雖是受硬體、演算法的發展及量子系統的正確性與量子位元規模的影響而定,但企業仍應密切關注相關加密標準的發展及產業研究方向,才能掌握先機。

量子電腦可以算樂透? feat.量子國家隊 李明昌|量子熊 ✕ 商周

※ 「量子熊X商周」影片看更多:https://pse.is/4xcsnd

※ 參考資料:

1. NIST Announces First Four Quantum-Resistant Cryptographic Algorithms

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