了解PQC标准与时间表

F5生态系统 | 2025年7月24日

量子计算时代即将到来，并将颠覆保护数据、通信和基础设施的密码系统。现在正是开始准备的时候。在这个由6篇文章组成的后量子密码学（PQC）博客系列中，来自F5各领域的密码学思想领袖将解读面临的风险、未来的机遇，以及贵组织现在可以采取哪些措施，在后量子时代保障安全。未来比想象中更近。让我们携手做好准备。

1994年，Peter Shor提出了一种从根本上改变网络安全格局的算法。该算法表明，性能足够强大的量子计算机可能会破解Rivest–Shamir–Adleman（RSA）和椭圆曲线密码学（ECC）等广泛使用的加密系统。这些系统是当今数字安全的基石，用于确保机密性和完整性。

尽管能够用于密码分析的量子计算机（CRQC）尚未出现，但一旦问世，当前许多密码技术和数字系统的安全性都将受到威胁。对于首席信息安全官（CISO）而言，当前亟待解决的问题已不再是是否需要做好准备，而是何时准备、如何准备，以及需要投入多少资源。

当前威胁：“现在窃取，日后解密”

随着“现在收集，日后解密”策略的出现，量子威胁已不再停留在理论层面。如今，攻击者会收集并存储加密数据，计划在量子计算能力成熟后进行解密。这对需要长期保密的敏感信息构成严重风险，例如个人记录、知识产权、关键基础设施控制系统和长期有效的凭据。

“对于CISO而言，当前亟待解决的问题已不再是是否需要做好准备，而是何时准备、如何准备，以及需要投入多少资源。”

如今加密的数据可能会在数年后遭到破解。此外，Google Quantum AI团队及其他研究人员近期披露的信息表明，“Q-Day”可能正在加速到来。“Q-Day”是指量子计算机将破解经典加密技术的某个未来日期，目前尚无法确定。与Y2K等固定期限不同，Q-Day的具体时间仍是未知数，因此，积极做好准备既至关重要，也充满挑战。

实现后量子密码学的现实挑战

为量子安全的未来做好准备至关重要，但这一过程绝非易事。向后量子密码学（PQC）迁移涉及诸多重大的现实挑战，组织必须克服这些挑战，才能保持安全。

尽管目标是在Q-Day到来之前实施端到端PQC，但目前实现这一目标仍然十分复杂。许多旧系统不支持抗量子算法，难以甚至无法升级或修补。此外，所依赖的第三方服务也不一定都已做好支持PQC的准备。IoT和嵌入式系统等资源受限设备也带来了独特挑战，因为这些设备通常采用硬编码，或缺乏支持PQC所需的处理能力。

从现实角度看，短期内实现全栈PQC部署并不切实际。组织需要采用分层过渡策略，优先处理高风险暴露和长期存储的数据。

标准与时间表：清晰的框架

为帮助组织制定抵御量子威胁的路线图，以美国国家标准与技术研究院（NIST）为首的标准机构一直在为后量子密码系统奠定基础。了解这些标准及相关时间表，是规划转型的关键。

NIST已最终确定以下关键PQC算法：

基于模格的密钥封装机制（FIPS 203：密钥交换）
基于模格的数字签名（FIPS 204：数字签名）
无状态哈希数字签名（FIPS 205：备用签名）
Hamming 准循环码（尚未标准化，但计划于2027年完成）

关键时间节点包括：

当前：尽早采用抗量子算法不仅可行，而且值得推荐
到2030年：美国联邦机构必须迁移到后量子密码（PQC）
到2035年：国家安全系统必须全面具备抗量子攻击能力

PQC威胁建模：CISO路线图

鉴于量子计算的发展时间表尚不确定，CISO必须从被动规划转向主动防护。要了解采用PQC的紧迫性，首先需要开展有效的威胁建模，以确定应在何处以及何时采取行动。

组织可以通过考虑莫斯卡定理中提出的两个因素，更准确地判断采取行动的紧迫性：数据需要保持安全多长时间，以及改用抗量子加密需要多长时间。简而言之，如果数据必须受到保护的时间与系统更新所需时间之和，超过量子计算机问世前的剩余时间，就应立即采取行动保护数据。

以PQC为重点的威胁模型有助于更明确地确定优先事项并制定规划。

短期行动：CISO必须优先处理的事项（2025–2027年）

为保护组织中最易受攻击的资产，近期采取行动至关重要。首席信息安全官（CISO）在着手制定路线图时，应在未来两年优先采取以下措施：

盘点加密资产。识别整个环境（包括第三方系统）中存在易受攻击的算法和长期存续资产的位置。

部署具备PQC功能的边缘平台。采用可在边界端接抗量子TLS连接的解决方案，无需重写后端。

与供应商沟通量子就绪事宜。将PQC要求纳入采购和供应商风险管理流程。

关注长期保密性。优先使用PQC保护备份、证书、已签名制品，以及需要长期保密的关键敏感数据。

长期行动：持续保持量子韧性（2028–2035 年）

构建安全的抗量子基础设施需要时间，对于遗留系统和长期存储的数据集尤其如此。组织在采取即时措施的同时，还必须规划长期行动，以便在未来十年保护自身：

将PQC扩展至端到端。 在客户端、应用、网络和存储系统中逐步实施抗量子算法。

制定旧系统退役计划。识别无法支持PQC或密码敏捷性的系统，并制定替换或逐步淘汰计划。

采用混合证书和加密感知型PKI。管理双签名证书，启用PQC密钥轮换，并扩展量子安全根证书的信任锚。

加强密码治理。将密码技术视为需要董事会持续关注的风险，并定期开展审查和测试以及分配资源。

利用应用交付控制器，作为战略性导入PQC的切入点

为满足量子安全标准而进行调整可能颇具挑战。鉴于修改后端应用或基础设施的复杂性，许多组织将利用TLS代理等应用交付控制器，加快采用PQC。

这些平台在网络边界终止量子安全TLS连接，并在内部通过传统协议路由流量，无需立即改造。它们还有助于集中实施加密策略并提升加密敏捷性，同时支持部署传统算法与PQC算法的混合方案，实现平稳过渡。支持这种方法的业界先进解决方案包括F5 Application Delivery and Security Platform (ADSP)。

但必须认识到，某些设备，尤其是物联网设备或低功耗嵌入式系统，往往因硬件或固件限制而无法升级加密算法。对于这些环境，需要采取其他风险缓解措施或制定设备更换计划。