量子硬件无法破解这位密码学家设计的加密方式

谷歌Chrome浏览器的用户不必担心自己上网的安全问题，这在某种程度上要归功于密码学家约佩·博斯（Joppe Bos）。他是一种量子安全加密算法的开发者之一，该算法于2024年8月被美国国家标准与技术研究所采纳为标准，并已应用到了包括Chrome在内的诸多技术产品中。

量子计算发展迅速，人们因此开始担心未来的设备可能会破解大多数现代技术所采用的加密方式。这些加密方法通常依赖于传统计算机无法破解的复杂数学难题。但量子计算机可以利用量子叠加和量子纠缠等量子现象来更快地解决这些问题，而且足够强大的机器应该能破解目前的加密。

正是因为如此，美国国家标准与技术研究所在2016年举办了一项竞赛，目的是寻找能够抵御量子计算机的新加密方法。2022年，该机构宣布了第一轮获奖者，其中就包括博斯作为比利时勒芬恩智浦半导体公司（NXP）后量子加密团队的技术负责人参与编写的CRYSTALSKyber方案。

如今，博斯专注于将该算法整合到恩智浦的嵌入式硬件产品组合中，其中包括信用卡芯片、非接触式付款终端、物联网设备和汽车。

博斯说，他是一个喜欢解谜的人，非常适合从事密码学方面的工作。能够在做自己喜欢的事情的同时，帮助世界变得更加安全，这是一个巨大的惊喜。

“即使这项研究实际上毫无用处，我可能还是会做。”他说，“但是，如果你可以解决有趣的数学难题，然后，它最终对你身边的每个人产生非常积极的影响，这相当酷。”

博斯在荷兰哈勒姆附近的一个小镇长大，幸运的是，他很早就接触到了科技。他的父亲在一家银行工作，家中有一台台式电脑。博斯一开始用它来玩电子游戏，但后来被它的底层技术迷住了，并且很快学会了编程技能。15岁时，他就已经在多家公司做自由编程工作了。

高中时，他学习了算法和计算复杂性等更正式的计算机科学课题。这些学科令他着迷，2001年，他进入阿姆斯特丹大学攻读计算机科学学士学位。2004年毕业后，他继续在该校攻读网格计算硕士学位，并于2006年完成学业。

博斯说，在攻读硕士学位期间，他发现自己越来越倾向于算法设计和数学密集型的计算机科学，但他也渴望继续研究实际问题。后来他发现了密码学，该学科将他的兴趣结合了起来。“这是工程、计算机科学和数学的交汇之处。”他说。

这一认识促使博斯向瑞士洛桑联邦理工学院著名的密码学家阿扬·伦斯特拉（Arjen Lenstra）的实验室申请了博士学位。2007年，博斯被录取并开始学习，当时该实验室正在研究如何使用游戏机等传统硬件进行密码分析（也就是破解加密的过程）。

他的博士项目包括构建一个由超过200台PlayStaion 3游戏机组成的集群，并用该集群来破解一个基于椭圆曲线数学的流行加密方案。游戏机的多核处理器使用了由IBM、索尼和东芝开发的Cell架构，该架构非常适合并行大量计算，而这正是密码分析所需要的。

在攻读博士学位期间，博斯与当时在微软研究院工作的另一位备受赞誉的研究员彼得·蒙哥马利（Peter Montgomery）共同完成了一个暑期项目。博斯说，他们两人一见如故，于是在2012年获得博士学位后，他受邀成为蒙哥马利位于华盛顿州雷德蒙德实验室的博士后研究员。

博斯表示，从学术界转到企业研发部门是一段宝贵的经历，因为他看到了研究成果是如何转化为现实世界产品的。他说：“如果你设计了一个很酷的算法，那么它最终可能会出现在微软的加密库中，然后被全球数亿用户使用，这是非常鼓舞人心的。”

在微软工作期间，博斯开始研究一种名为格密码的新兴方法，该技术依赖于网格中向量的数学运算。这些方案很有前景，因为它们既可以用于量子安全加密，也可以用于完全同态加密。完全同态加密是一种无需解码即可对加密数据进行计算的技术。

在美国生活两年后，博斯和妻子希望离家近一些，因此，2014年他在恩智浦找到了一份密码学研究员的工作，并搬到了比利时。他加入了该公司的创新团队，该团队负责沿着公司的产品路线图提出产品几年内的功能。

博斯说，那时量子计算的进步表明，更安全的加密方法相当重要。因此，他与来自Arm、IBM、斯坦福国际研究院以及多所大学的研究人员合作，设计了CRYSTALS-Kyber加密方案，并于2017年提交给了美国国家标准与技术研究所。

从那时起，博斯就一直专注于在恩智浦的嵌入式硬件中实现该算法。基于点阵的加密比旧方法需要更多的内存，因此，要在身份证或物联网传感器等小芯片上运行该方法颇为困难。他的团队不得不修改算法的基础数学运算，并重新设计该算法，以便在这些专用芯片上运行。

博斯说，多年来，他的工作发生了重大的变化。他已经从单纯的研究转向了领导团队并与其他部门密切合作，从而将他们的创新转化为实际产品。他说，他必须努力发展技能以充当工程师和以业务为中心的团队之间的接口。

他说，团队领导是一个压力很大的角色，因为恩智浦必须在后量子加密领域保持领先地位。他解释道，该公司设计的芯片用于长供应链的起点，因为它们必须集成到组件制造商生产的更大的系统中。然后，这些系统会被出售给设备制造商或汽车公司，后者再将其集成到最终产品中。

博斯说，其中的每一步都耗时数年。这意味着，现在恩智浦的芯片必须具备量子安全性，这样终端用户才能满足政府建议的截止日期，即到21世纪30年代初迁移到后量子加密。

博斯最喜欢密码学的一点是，该领域相对较小，而且包容性强。“每个人都很友好，”他说，“如果你去参加一个加密学会议就会发现，那些在70年代真正发明加密方法的大人物们也会来参加这些活动，你可以亲眼见到他们。”

博斯补充道，该领域的规模也意味着密码学专家供不应求，因此这是一门有着广阔职业前景的学科。虽然许多职位都要求有很强的数学技能，但那些具备更传统的计算机科学背景的人也有很多机会，而且各大公司也一直在寻找电气工程师来构建加密硬件。

博斯说，虽然这些领域的研究生学历是加分项，但像恩智浦这样的公司会进行大量的内部培训，因此学历并不是绝对必要的。他补充说，在线上或大学里学习密码学课程或安全课程可能区别很大，但最重要的是正确的态度。“你只需要有动力、有好奇心，并且愿意学习。我认为这些才是最重要的因素。”他说。

文章来源于 悦智网 ，作者 Edd Gent

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