量子威胁已至, 如何通过混合模式实现平稳过渡?
量子计算的并行计算能力能够轻易破解当前广泛使用的基于数学难题的公钥加密体系，如RSA和ECC算法。这使得敏感数据，尤其是那些需要长期保密的数据，面临着被“先收集后解密”攻击的严重威胁。黑客们已经开始蓄意收集加密数据，等待量子计算技术成熟后进行解密。这一现实让人们意识到，量子计算并非遥远的未来威胁，而是当下就需要着手应对的紧迫挑战。
在这样的背景下，全球领先的网络安全解决方案供应商Fortinet，凭借其在量子安全领域的前瞻性布局和持续创新，成为了守护数字世界安全的重要力量。
后量子密码学，构建量子时代的安全基石
后量子密码学是应对量子计算威胁的核心技术之一。其基本理念是开发一系列基于数学难题的新型加密算法，这些算法即使在量子计算机强大的计算能力面前也难以被破解。Fortinet在其统一操作系统FortiOS 7.6中集成了多种后量子密码学算法，包括美国国家标准与技术研究院批准的ML-KEM算法，以及BIKE、HQC和Frodo等候选算法。
其中，ML-KEM，作为Crystals Kyber算法的成熟版本，是一种基于格问题的密钥封装机制。格问题的数学复杂性使得量子计算机难以找到格结构中的短向量，从而保障了密钥交换的安全性。ML-KEM提供了灵活的安全级别选择，包括128位、192位和256位，以满足不同场景下的安全需求。BIKE和HQC算法则基于纠错码的数学难题，通过在密钥生成和加密过程中引入纠错码，增加了破解的难度。Frodo算法同样基于格问题，但采用非结构化格，进一步提升了安全性，尽管其密钥长度较长，但在对安全性要求极高的场景中具有独特优势。
Fortinet北亚区首席信息安全官邝伟基（Daniel Kwong）在接受采访时指出：“FortiOS通过集成这些后量子密码学算法，为组织提供了一种直接替换传统RSA/ECC算法的可行方案。我们的目标是确保客户能够在量子计算时代，继续依赖强大的加密技术来保护他们的敏感数据。这些算法不仅经过了严格的数学分析和安全性评估，还具备良好的性能表现，能够满足现代网络环境对高效加密的需求。”
量子密钥分发实现无条件安全的密钥交换
量子密钥分发是另一种应对量子计算威胁的关键技术。QKD利用量子力学的基本原理，如量子态不可克隆定理和测不准原理，允许通信双方安全地交换加密密钥。在QKD过程中，任何窃听行为都会不可避免地改变量子态，从而被通信双方检测到。这种基于物理定律的安全性，使得QKD在理论上能够提供无条件安全的密钥交换。
Fortinet通过ETSI标准化接口与领先的QKD供应商合作，将QKD技术集成到其FortiOS系统中。这一创新使得Fortinet的设备能够与各种QKD系统无缝对接，如ID Quantique和Toshiba的QKD解决方案。在实际应用中，QKD主要适用于高价值、短距离的城际数据中心间通信，例如金融机构的数据中心互连和政府文件传输。
邝伟基解释说：“QKD的优势在于其无条件安全性，这使得它在保护高度敏感数据方面具有独特的优势。通过将QKD与我们的FortiGate防火墙和IPsec VPN集成，我们能够为客户提供一种高度安全的通信解决方案，即使在面对量子计算攻击时也能保持数据的机密性和完整性。此外，QKD的标准化接口设计确保了不同供应商之间的互操作性，为客户提供更多选择和灵活性。”
算法堆叠与混合模式，平滑过渡至后量子安全时代
为了帮助组织平滑过渡至后量子安全时代，Fortinet在其FortiOS中引入了算法堆叠和混合模式技术。算法堆叠技术通过分层组合多种加密算法，构建了一个更具弹性的安全解决方案。例如，FortiOS可以同时部署基于格的ML-KEM算法和基于纠错码的BIKE算法，形成多层防护。这种技术可以显著增强网络基础设施的整体安全性，因为攻击者需要同时破解多种算法才能成功入侵。
混合模式则允许传统公钥密码学和后量子密码学的无缝集成。这种模式使得组织能够在不中断现有业务的情况下，逐步将加密系统从传统算法升级到后量子安全算法。邝伟基表示：“混合模式是组织在量子时代保护其数字资产的桥梁。它不仅确保了与现有系统的兼容性，还允许组织根据自身需求和风险评估，灵活地制定迁移计划。这种灵活性对于那些拥有复杂IT环境的大型组织尤为重要，通过采用混合模式，组织可以逐步淘汰旧的加密算法，同时引入新的后量子算法，从而实现平稳过渡。”
量子安全成为各行业发展必备
目前来看，量子安全技术在多个领域展现出广阔的应用前景，包括但不限于金融、政务、医疗等关键领域。
金融行业的量子安全迫切需求与实践探索
金融行业是量子安全技术的主要受益者之一。银行、证券和保险等金融机构每天处理着大量的敏感客户信息和高价值交易数据。这些数据的泄露不仅会直接导致经济损失，还会影响客户的信任和机构的声誉。因此，金融机构对于量子安全技术的需求尤为迫切。
摩根大通是量子安全技术的先行者之一。该银行通过将Fortinet的FortiGate防火墙与ID Quantique的QKD系统相结合，构建了一个量子安全的IP VPN网络。这一解决方案有效地保护了跨数据中心的敏感交易数据，防止了潜在的量子计算攻击。邝伟基在谈到这一案例时说：“摩根大通的项目展示了量子安全技术在金融行业的实际应用价值。通过与Fortinet的合作，他们不仅提高了数据传输的安全性，还为整个行业树立了量子安全防护的标杆。这种创新实践证明了量子安全技术在金融领域的可行性和有效性，同时也为其他金融机构提供了宝贵的参考经验。”
此外，汇丰银行在欧洲的外汇交易数据保护项目中，也采用了基于QKD的Fortinet VPN解决方案。这一项目确保了外汇交易数据在未来量子计算时代下的长期安全性，为跨国金融交易提供了可靠的安全保障。邝伟基进一步补充道：“汇丰银行的案例再次强调了量子安全技术在金融行业的重要性。通过采用Fortinet的量子安全解决方案，汇丰银行能够有效应对量子计算带来的潜在威胁，保护其核心业务数据的机密性和完整性。这不仅有助于提升银行的竞争力，还增强了客户对银行的信任和信心。”
政府与关键基础设施，量子安全的坚实后盾
政府机构和关键基础设施运营商，如电力、交通和通信部门，同样面临着量子计算带来的严峻挑战。这些机构掌握着国家的重要数据和战略资源，一旦遭受量子攻击，可能会对国家安全和社会稳定造成严重影响。
新加坡国家量子安全网络项目是量子安全技术在政府领域的典型案例。在该项目中，Fortinet的设备与QKD系统集成，用于加密传输政务数据。这不仅支持了超安全通信的试验，还为量子安全技术在政府领域的广泛应用提供了宝贵的经验和数据支持。邝伟基指出：“新加坡的NQSN项目展示了量子安全技术在保护国家关键数据方面的潜力。通过与Fortinet的合作，新加坡政府能够提前布局，为未来的量子威胁做好充分准备。这一项目的成功实施提升了新加坡政府的数据安全防护能力。”
在电力行业，Fortinet与QuintessenceLabs合作推出了量子韧性安全架构。这一架构为城域网环境提供了VPN密钥增强和数据中心间量子密钥分发服务。其密钥分发速率可达10kbps，适应了典型城域网的通信需求，同时具备即时安全提升、量子过渡平滑性和合规性保障等优势。邝伟基强调：“电力行业作为国家关键基础设施的重要组成部分，其数据安全至关重要。通过与QuintessenceLabs的合作，我们为电力行业提供了一种可靠的量子安全解决方案，帮助其应对量子计算时代的各种挑战。这种合作模式也展示了Fortinet在跨行业合作中的强大能力和领导地位。”
医疗保健行业保护患者隐私与数据安全
医疗保健行业同样面临着量子计算带来的数据安全威胁。患者的医疗记录、基因数据等敏感信息通常需要长期保存，并且对隐私保护有着极高的要求。一旦这些数据被泄露，不仅会侵犯患者的隐私，还可能对患者的身心健康造成负面影响。
Fortinet的量子安全解决方案在医疗保健行业同样得到了广泛应用。例如，某大型医疗保健机构通过部署FortiOS系统，利用后量子密码学算法和QKD技术，保护了患者数据在传输和存储过程中的安全性。这一解决方案不仅满足了医疗行业对数据安全和隐私保护的严格要求，还为该机构赢得了患者的信任和良好的声誉。邝伟基表示：“医疗保健行业的数据安全关乎患者的生命健康和隐私保护。Fortinet的量子安全技术为医疗机构提供了一种可靠的安全保障，帮助他们在量子计算时代继续为患者提供优质、安全的医疗服务。我们非常重视与医疗保健机构的合作，致力于通过创新的技术解决方案，提升整个行业的数据安全水平。”
技术深化，持续跟踪与集成前沿算法
Fortinet在量子安全领域的技术深化方面有着清晰的规划。公司将继续密切关注NIST后量子密码学算法的标准化进展，并计划在未来的FortiOS版本中集成新的NIST标准算法，如FIPS 203、204和205。这将确保Fortinet的客户始终保持对最新量子安全技术的访问权，从而应对不断演进的量子计算威胁。
此外，Fortinet还将探索量子计算与人工智能的结合，开发量子增强型AI技术，用于威胁检测和漏洞分析。这种技术将能够更快速、更准确地识别潜在的量子攻击，并采取相应的防护措施。邝伟基展望道：“未来，量子计算和AI的结合将成为网络安全领域的重要趋势。Fortinet将积极推动这一技术方向的发展，通过研发量子增强型AI技术，为客户提供更智能、更高效的量子安全防护解决方案。我们相信，这种技术融合将为量子安全领域带来新的突破和创新，进一步提升网络安全的整体水平。”
而且，Fortinet深知，量子安全技术的普及需要一个开放、协作的生态系统。为此，公司积极参与行业标准的制定，如NIST的后量子密码学标准化和ETSI的QKD接口规范。同时，Fortinet将其QKD供应商纳入Open Fabric合作伙伴计划，提供预集成的量子安全解决方案，降低客户部署门槛。
Fortinet与QuintessenceLabs等量子安全技术先驱的合作，进一步扩展了其量子安全生态系统的边界。通过联合推出量子韧性安全架构，Fortinet不仅为组织提供了面向量子计算时代的防御体系，还推动了整个行业的技术进步和创新发展。邝伟基强调：“构建一个开放、协作的量子安全生态系统是我们的重要战略之一。通过与行业伙伴的紧密合作，我们能够共同推动量子安全技术的发展和应用，为客户提供更全面、更可靠的解决方案。我们欢迎更多的企业和机构加入我们的生态系统，共同应对量子计算时代的各种挑战。”
从数据中心到边缘设备的全面覆盖
Fortinet致力于将量子安全功能扩展到更广泛的应用场景中。公司计划将QKD集成技术扩展到边缘设备，如FortiGate 60F系列，结合SD-WAN构建“量子安全广域网”，以覆盖分支机构等分布式环境。这一举措将确保即使在偏远地区，组织的数据也能得到量子级别的安全保障。
同时，Fortinet还将量子安全功能扩展到云环境和物联网终端。通过与主流云服务提供商的合作，Fortinet将提供量子安全的云存储和密钥管理服务，保护云端数据的安全。在物联网领域，Fortinet将开发适用于IoT设备的轻量级量子安全算法，确保智能设备在量子计算时代也能安全运行。邝伟基解释说：“随着数字化转型的加速，数据的产生和传输已经从传统的数据中心扩展到了云端和边缘设备。Fortinet的量子安全战略也相应地进行了调整，以确保在各种应用场景中都能提供全面的安全保护。我们相信，通过这种场景适配的策略，我们能够更好地满足客户在量子计算时代不断变化的安全需求。”
写在最后
量子计算的快速发展正在重塑网络安全的格局。在这个充满机遇与挑战的时代，Fortinet以其在量子安全领域的深厚技术积累和持续创新，成为了行业中的领航者。从后量子密码学算法的集成到量子密钥分发技术的落地应用，从算法堆叠和混合模式的创新到量子安全生态系统的构建，Fortinet为组织提供了全方位的量子安全防护解决方案。
通过在金融、医疗等关键行业的成功实践，Fortinet不仅展示了量子安全技术的实际应用价值，也为整个行业的安全升级提供了宝贵的参考和借鉴。展望未来，Fortinet将继续深化技术创新，扩展生态合作，推动量子安全技术的普及和应用，为构建一个更加安全、可靠的数字世界贡献力量。
在这场量子安全的长征中，Fortinet将继续坚定地走在前列，为全球组织和个人的数字资产保驾护航。
