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出版者:机械工业出版社

作者:周明

出品人:

页数:228

译者:

出版时间:2005-1-1

价格:19.0

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787111155362

丛书系列:

图书标签:

• 网络服务
• 网络安全
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• 计算机网络
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• 网络运维
• 信息技术

好的，这是一本关于量子计算与信息安全的图书简介： 量子计算与信息安全：原理、威胁与未来防御 内容简介 随着经典计算逼近物理极限，量子计算作为一种颠覆性的计算范式正在迅速崛起。这种基于量子力学原理的新型计算技术，虽然承诺解决当前超级计算机难以企及的复杂问题，例如药物研发、新材料设计和复杂系统优化，但同时也对我们赖以生存的现代信息安全体系构成了前所未有的、几乎是致命的威胁。 本书《量子计算与信息安全：原理、威胁与未来防御》旨在为信息安全专业人员、计算机科学研究者、以及对未来技术变革保持高度关注的决策者，提供一个全面、深入且极具前瞻性的技术解读。我们不仅仅停留在理论介绍，更聚焦于量子技术在信息安全领域的实际影响和应对策略。 全书结构清晰，逻辑严谨，分为四大核心部分，深入剖析了量子时代的机遇与挑战。 --- 第一部分：量子计算的基石与突破 (The Foundations of Quantum Computation) 本部分从零开始，系统性地构建读者对量子计算的理解，确保即使是没有深厚物理学背景的读者也能掌握其核心概念。 1.1 量子力学基础回顾： 简要回顾了布朗运动、薛定谔方程的物理意义，重点阐述了叠加态 (Superposition) 和量子纠缠 (Entanglement) 这两个决定量子计算能力的关键物理现象。我们探讨了如何用狄拉克符号（Bra-ket Notation）来优雅地描述量子态。 1.2 量子比特（Qubit）的构建与特性： 详细介绍了量子比特的实现技术，包括超导电路、离子阱、拓扑量子位等主流方案的物理原理、优势与工程挑战。重点分析了退相干（Decoherence） 现象及其对计算稳定性的影响。 1.3 量子逻辑门与电路模型： 系统梳理了基本的单比特门（如Hadamard门、相位门）和多比特门（如CNOT、Toffoli门），并展示了它们如何组合成通用的量子逻辑电路。我们深入探讨了量子电路模型的设计哲学，强调了其与经典布尔逻辑电路的根本区别。 1.4 容错量子计算的必要性： 鉴于量子系统的脆弱性，本章详细介绍了量子误差修正码（Quantum Error Correction Codes, QECC） 的基本思想，如表面码（Surface Code）和Steane码，阐明了构建大型、可靠量子计算机必须跨越的工程和理论门槛。 --- 第二部分：量子威胁：对现有密码学的颠覆 (The Quantum Threat Landscape) 这是本书的核心和警示部分，聚焦于量子计算机对当前公钥基础设施（PKI）构成的直接和间接威胁。 2.1 经典密码学的脆弱性剖析： 首先回顾了现代信息安全的两大支柱：基于大数分解（RSA） 和基于离散对数问题（ECC） 的公钥加密体系。我们清晰地解释了为什么这些算法的安全性依赖于其计算的指数级难度。 2.2 Shor算法的威力： 详细拆解了Peter Shor在1994年提出的量子算法。我们不仅描述了其多项式时间解决整数分解和离散对数问题的数学流程，更量化分析了在不同规模的量子计算机上，破解当前主流RSA-2048或ECC-256加密所需的时间尺度和量子比特需求。 2.3 Grover算法及其对对称加密的影响： 虽然Grover算法不会“完全破解”对称加密（如AES），但它提供了一个平方根加速的搜索能力。本章分析了如何通过简单地增加密钥长度（例如，从AES-128升级到AES-256）来有效抵御这种威胁，并讨论了对哈希函数的潜在影响。 2.4 密文的“现在采集，未来解密”风险（Harvest Now, Decrypt Later）： 深入探讨了加密数据在传输和存储过程中，被恶意行为者截获并等待未来量子计算机成熟后进行解密的安全风险，强调了立即采取行动的紧迫性。 --- 第三部分：后量子密码学 (PQC)：构建量子时代的防御 (Post-Quantum Cryptography) 面对迫在眉睫的量子威胁，本部分全面介绍了国际上正在标准化和部署的“抗量子”密码学方案。 3.1 PQC的分类与数学基础： 系统介绍了当前PQC主要依赖的五大数学难题，这些难题被认为即使在量子计算机面前也难以快速求解： 格基密码学 (Lattice-based Cryptography)： 重点介绍Learning With Errors (LWE) 及其变种，这是目前最有前途的公钥加密和签名方案基础。 基于哈希的签名 (Hash-based Signatures)： 探讨XMSS和LMS等方案，分析其安全性、签名尺寸与状态维护的需求。 基于编码的密码学 (Code-based Cryptography)： 深入分析McEliece方案的原理、巨大的公钥尺寸问题及优化方向。 多元多项式密码学 (Multivariate Polynomial Cryptography)。 同源密码学 (Isogeny-based Cryptography)： 介绍其优雅的数学结构与当前面临的侧信道挑战。 3.2 NIST标准化进程的深度解析： 详细回顾美国国家标准与技术研究院（NIST）后量子密码学标准化项目的各个阶段，重点对比了入选（如CRYSTALS-Kyber、CRYSTALS-Dilithium）和正在评估的最终算法的性能指标、安全证明和密钥/密文尺寸。 3.3 混合模式迁移策略： 鉴于PQC算法的成熟度和性能差异，本书倡导采用混合密码体制（Hybrid Cryptography） 作为过渡期的最佳实践。我们提供了详细的实施指南，说明如何将经典（如ECC）与PQC算法安全地结合，实现“双重保障”。 --- 第四部分：量子安全的前沿探索与工程实践 (Frontier Quantum Security) 本部分超越了纯粹的算法替换，探讨了新兴的量子安全技术和工程部署挑战。 4.1 量子密钥分发（QKD）的原理与局限： 详细阐述了基于BB84协议的量子密钥分发技术，说明其如何利用量子物理定律保证密钥传输的绝对安全性。同时，客观分析了QKD在距离、速率、基础设施成本以及对现有网络架构的兼容性方面的实际工程限制。 4.2 量子安全供应链管理： 探讨了在量子威胁背景下，如何确保软件、硬件和固件的完整性和真实性。这包括硬件信任根的量子安全化，以及对开源库和依赖项进行PQC迁移风险评估的方法。 4.3 侧信道攻击在PQC中的新维度： PQC算法往往涉及到复杂的数学运算，这使得它们可能暴露于新的侧信道攻击（如功耗分析、电磁辐射）。本章分析了针对格基密码学实现中泄露信息的具体攻击案例，并提出了在硬件和软件层面加固抗侧信道攻击的工程对策。 4.4 量子霸权时代的计算安全路线图： 总结了企业和国家层面应如何制定从现在到量子时代全面到来的安全转型路线图，包括资产清点、风险评估、试点部署、人才培养和标准跟踪等关键步骤。 本书特色： 技术深度与工程实践结合： 不仅解释“为什么”量子威胁存在，更详细说明“如何”通过PQC和QKD进行防御。 面向应用： 提供了大量关于算法性能（延迟、吞吐量、密钥大小）的量化对比数据，直接指导实际部署决策。 前瞻性视野： 覆盖了从Shor算法到最新NIST标准算法的全面演进，确保内容的时效性。 本书是网络安全架构师、系统工程师、密码学研究人员和高科技企业CTO制定未来安全战略的必备参考书。

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