本文内容摘自为安全牛最新发布的《后量子密码安全能力构建技术指南（2025版》研究报告

后量子密码技术的重点需求场景，是后量子密码安全能力构建的重点实施对象（应用或场景），对于后量子密码安全能力的价值体现非常重要。

后量子密码技术在不同领域的重点需求场景，主要包括身份认证与访问控制、数据安全保护、政务应用安全、金融交易安全、物联网与工业控制系统安全，以及量子通信网络集成等。本文将对这些领域进行详细阐述，旨在帮助从业者和用户深入理解后量子密码在量子时代的重点需求场景中的安全价值和实施方法。

身份认证与访问控制

身份认证与访问控制是信息安全的基础，在云计算、大数据和物联网等新兴技术环境下，其重要性更加凸显。在量子计算的威胁下，传统的基于PKI的身份认证机制可能被破解，因此，需要引入后量子密码算法来构建更安全的身份认证与访问控制体系。

1、零信任架构改造

身份验证框架

零信任架构强调始终验证，不再默认信任任何内部或外部请求。为了在量子计算环境下保障身份验证的安全性，必须引入后量子密码算法构建新的身份验证框架。例如，基于格密码的签名算法，如Dilithium，可以用于替代传统的数字签名，实现抗量子计算攻击的身份验证。

在实际应用中，组织需要重新设计身份验证流程，确保每个访问请求都经过严格的认证和授权。通过引入多因素认证和行为分析等技术，可以进一步加强身份验证的可靠性。

持续认证机制

持续认证是指在用户会话期间持续监控和验证用户身份，以防止会话劫持等安全威胁。在后量子时代，持续认证机制需要结合后量子密码算法，以确保认证过程的安全性。例如，使用基于哈希函数的后量子认证算法，加强实时监控和认证。

具体实施过程中，可以利用生物特征识别、用户行为分析和环境因素等多维度数据，结合后量子密码算法，实现对用户身份的持续验证。这种多层次的认证机制，可以有效抵御量子计算带来的安全风险。

跨域互信机制

在多域环境中，不同安全域之间的身份互认是一个复杂的问题。传统的跨域互信机制依赖于PKI体系，而在量子计算的威胁下，需要建立基于后量子密码算法的跨域互信机制，即基于后量子公钥密码的跨域认证协议。例如，基于码密码或格密码的公钥基础设施，可以为不同安全域提供安全的密钥交换和认证手段。同时，需要更新信任模型和策略，确保不同域之间的安全通信和互操作性。

2、PKI体系改造

证书系统升级

现有的PKI体系广泛使用RSA和ECC等算法，这些算法在量子计算机面前将变得脆弱。因此，需要采用后量子数字签名算法对证书系统进行升级。

升级过程中，首先需要选择合适的后量子签名算法，如基于哈希的XMSS和Sphincs+，或基于格的Dilithium等。然后，更新证书颁发机构CA的签名算法，重新签署证书。同时，需要确保客户端和服务器端都支持新的算法和证书格式。

密钥基础设施更新

密钥管理是PKI的核心，也需要进行后量子密码算法的改造。在更新密钥基础设施时，需要考虑密钥的生成、存储、分发和撤销等方面的安全性。后量子密码算法改造后，密钥的长度和结构可能发生变化，需要相应地调整密钥管理流程。

在密钥生成方面，确保使用高质量的量子密钥随机数生成器，防止密钥泄露。在量子密钥存储方面，采用硬件安全模块等安全设备，保障密钥的物理和逻辑安全。量子密钥分发时，需要使用安全的渠道和协议，防止中间人攻击。

迁移策略设计

从传统密码体系向后量子密码体系的迁移是一个复杂的过程，需要合理的策略设计。迁移过程中，需要考虑兼容性、性能和安全性等因素。

首先，进行风险评估和影响分析，确定需要升级的系统和组件。然后，制定逐步迁移计划，可能需要同时支持传统和后量子算法的混合模式。在迁移过程中，密切关注业界标准和实践，确保与行业规范保持一致，并保留充分的可扩展性。

3、访问控制机制改造

细粒度授权

在量子时代，访问控制需要更加精细和动态。细粒度授权能够根据用户的角色、属性和环境等因素，动态地控制资源访问，因此需要进行后量子密码算法的改造，从而确保授权过程的安全性。

例如，使用基于属性的访问控制模型，结合后量子密码算法的加密和签名，实现对资源的精细化控制。这样，即使面对量子计算的攻击，也能保障授权策略的有效执行。

身份凭证管理

身份凭证是访问控制的基础。在后量子密码技术的环境下，需要重新设计凭证的生成、分发和验证机制。采用基于后量子密码算法的凭证，可以防止被量子计算机破解。

凭证管理系统需要支持新的密码算法，确保凭证的安全性和可用性。同时，需要考虑凭证的生命周期管理，包括发行、更新、撤销和审计等过程，保障身份凭证的可靠性。

审计追溯

安全事件的审计和追溯对于及时发现和应对安全威胁至关重要。在采用后量子密码算法的身份认证和访问控制系统中，需要确保审计日志的完整性和不可否认性。

使用后量子签名算法对审计日志进行签名，可以防止日志被篡改。同时，采用安全的时间戳和链式哈希等技术，增强日志的可信度。在发生安全事件后，可以准确地追溯并分析，提升安全响应能力。

数据安全保护

数据是数字经济的核心资产，保障数据的机密性、完整性和可用性是信息安全的基本要求。量子计算的出现，对现有的数据加密和保护机制构成了威胁。因此，必须采用后量子密码技术，构建全面的数据安全保护体系。

1、静态数据保护需求

存储加密方案

静态数据主要指存储在磁盘、数据库等介质上的数据。为了防止未经授权的访问，需要对静态数据进行加密。在量子计算的威胁下，传统的对称和公钥加密算法可能不再安全，需要引入后量子密码算法。

采用基于格的密钥封装机制和对称加密算法，可以实现抗量子攻击的存储加密。例如，使用NIST推荐的后量子加密算法，如Kyber或Classic McEliece，加密存储中的敏感数据。

访问控制策略

除了加密，完善的访问控制策略也是保护静态数据的重要手段。结合后量子密码技术，可以增强访问控制的安全性。

在数据库层面，采用基于角色的访问控制或基于属性的访问控制，结合后量子身份认证和授权机制，确保只有经过授权的用户才能访问敏感数据。同时，实时监控和审计访问行为，及时发现异常情况。

2、传输数据保护需求

通信协议升级

数据在传输过程中的加密是防止窃听和篡改的关键。现有的安全通信协议，如TLS、SSH等，广泛使用RSA和ECC等算法，在量子计算的威胁下将不再安全，需要采用后量子密码算法升级通信协议。

例如，TLS 1.3协议可以引入后量子密钥交换算法，如基于格的Kyber，实现抗量子攻击的安全通信。并且需要确保双方都支持新的协议版本和算法，以实现安全的握手和数据传输。

端到端加密实现

端到端加密可以确保只有通信的双方能够解密消息，防止中间人攻击。采用后量子密码算法，可以增强端到端加密的安全性。

在即时通信、电子邮件等应用中，采用后量子加密算法进行消息加密和签名，确保消息内容的机密性和完整性。同时，需要解决密钥分发和管理的问题，采用安全的密钥协商和更新机制。

传输效率优化

后量子密码算法通常比传统算法需要更长的密钥和计算时间，可能影响传输效率。为了在保障安全的同时，保持传输效率，需要进行优化。

可以通过算法优化、硬件加速和协议改进等方式，提高后量子密码算法的执行效率。例如，使用优化的编码技术，减少通信数据量；采用并行计算和专用硬件，加速密码运算；在协议层面，减少握手次数和数据往返。

3、数据生命周期管理需求

分类分级体系

对数据进行分类分级，有助于针对不同敏感程度的数据采取相应的保护措施。在后量子时代，需要重新审视数据分类分级体系，确保敏感数据得到足够的保护。

根据数据的重要性、敏感性和合规要求，将数据划分为不同的级别。对高敏感数据，采用强度更高的后量子加密算法和严格的访问控制策略；对低敏感数据，采取适当的安全措施，兼顾效率和安全。

全生命周期控制

数据的安全保护需要贯穿整个生命周期，包括生成、存储、传输、使用和销毁等阶段。采用后量子密码技术，可以在各个阶段保障数据安全。

在数据生成和存储阶段，使用后量子加密算法保护数据。在传输和使用阶段，确保通信和访问的安全性。在数据销毁阶段，采取安全的数据擦除和销毁技术，防止数据泄露。

合规性保障

数据保护需要符合相关的法律法规和行业标准。在后量子时代，需要确保安全措施符合新的合规要求。

例如，欧盟的《通用数据保护条例》（GDPR）、ISO 27001信息安全管理体系等标准对于数据保护有明确的要求。组织需要关注后量子密码算法相关的标准和规范，确保采用的安全措施得到行业认可。同时，定期进行合规性审计和评估，保持安全措施的有效性。

政务应用安全

1、电子政务安全需求

数据加密方案

政务系统中的数据高度敏感，需要确保数据的机密性和完整性。传统的加密方法在面对量子计算时显得脆弱。采用后量子密码算法，如基于格的加密算法，对政务数据进行加密。同时，使用后量子签名算法对关键操作进行签名，防止数据篡改。确保政务终端和服务器端都支持新的加密算法。

密钥管理

政务安全依赖于密钥的安全管理。密钥的生成、存储、分发和销毁都需要高标准的安全措施。引入后量子密码算法后，密钥管理的复杂性和重要性进一步提升。利用专门的安全设备（如HSM），支持后量子密码算法的密钥管理。制定严格的密钥管理策略，包括密钥的定期更新、严格的访问控制和实时的监控审计，保障密钥的安全。

身份认证与访问控制

政务系统需要严格的身份认证和访问控制机制，以防止未经授权的访问和数据泄露。引入抗量子攻击的身份认证协议，如基于后量子密码算法的多因素认证（MFA）。加强访问控制策略，结合角色权限管理和行为分析，提升系统的安全性

2、关键基础设施安全需求

通信安全

关键基础设施（如电力、交通、医疗等）的数据通信必须保证高安全性，防止被窃听或篡改。使用后量子密码算法加密通信链路，确保数据传输的机密性和完整性。部署抗量子攻击的通信协议，如TLS 1.3扩展，增强通信安全性。

系统防护

关键基础设施系统需要多层次的安全防护，抵御各种攻击手段。在系统中集成后量子密码技术，强化系统的防御能力。利用大数据分析和机器学习技术，结合后量子密码的安全特性，建立实时的安全监控和预警系统，及时发现并应对潜在威胁。

3、数据共享与协作安全需求

跨部门数据共享

政务部门之间需要频繁进行数据共享和协作，确保数据在传输过程中的安全至关重要。采用后量子密码算法，设计安全的数据共享协议，确保数据在不同部门之间的安全传输。实施严格的访问控制和数据加密策略，防止数据泄露。

国际数据交换

随着全球化的发展，国际间的数据交换需求日益增加。确保跨境数据交换的安全性是关键挑战之一。设计抗量子攻击的跨境数据交换协议，采用后量子密码算法加密数据。建立国际合作机制，制定统一的安全标准和合规要求，确保数据交换的安全性和合法性。

金融交易安全

金融行业对安全性有着极高的要求，交易的安全直接关系到用户的利益和行业的信誉。量子计算对金融交易系统的安全构成了严重威胁，需要采用后量子密码技术，构建安全的金融交易体系.

1、支付系统安全需求

交易加密方案

支付系统中的交易信息高度敏感，需要确保交易数据的机密性和完整性。传统的支付系统使用对称加密和非对称加密的组合，量子计算的出现迫使我们重新审视交易加密方案。

采用后量子密码算法，如基于格的加密算法，对交易数据进行加密。同时，使用后量子签名算法对交易进行签名，防止交易数据被篡改。需要确保支付终端和服务器端都支持新的加密算法。

金融密钥管理

金融交易的安全依赖于密钥的安全管理。密钥的生成、存储、分发和销毁都需要高标准的安全措施。采用后量子密码算法后，密钥管理的复杂性和重要性进一步提升。

可以利用专门的金融HSM设备，支持后量子密码算法的密钥管理。制定严格的密钥管理策略，包括密钥的定期更新、严格的访问控制和实时的监控审计，保障密钥的安全。

风控体系建设

金融交易系统需要完善的风险控制体系，实时识别和防范欺诈和攻击。在引入后量子密码技术后，需要更新风控模型和策略。

通过大数据分析和机器学习技术，结合后量子密码算法的安全特性，构建实时的风险监控和预警系统。加强多因素认证和异常行为检测，提升交易的安全性和可靠性。

2、区块链应用需求

共识机制改造

区块链依赖于共识机制来维持分布式账本的安全性和一致性。许多区块链系统使用基于密码学的算法，如椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）和哈希函数。量子计算的出现对这些算法构成了威胁。

需要研究和引入抗量子攻击的共识机制。例如，使用后量子签名算法替代传统的数字签名，确保交易和区块的有效性验证。同时，工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）等机制的安全性，可能需要新的算法设计。

智能合约安全

智能合约自动执行预先设定的协议，安全性至关重要。量子计算可能影响智能合约的加密和验证机制，需要采取措施加强安全。

在智能合约的设计和实现中，采用后量子密码算法，确保合约的代码和数据的安全性。同时，加强对智能合约的审计和验证，防止漏洞和后门的存在。

跨链互操作

随着区块链技术的发展，不同链之间的互操作性成为热点。为了实现安全的跨链通信，需要设计抗量子攻击的跨链协议。

采用后量子密码算法的跨链原子交换和中继机制，确保跨链交易的安全性和原子性。需要在跨链协议中引入后量子密码算法，防止量子计算带来的攻击。

3、数字货币安全需求

CBDC体系架构

中央银行数字货币（CBDC）是近年来的研究热点，其安全性直接关系到国家金融体系的稳定。在设计CBDC体系架构时，需要考虑量子计算的威胁。

采用后量子密码算法，确保CBDC的发行、流通和交易的安全性。设计抗量子攻击的身份认证和交易验证机制，防止假币和欺诈行为。需要与监管机构合作，制定相关的标准和规范。

钱包安全方案

数字货币钱包是用户存储和管理数字货币的工具，其安全性至关重要。在后量子时代，钱包的密钥管理和交易签名需要更新。

开发支持后量子密码算法的钱包，采用安全的密钥存储和管理方案，如硬件钱包和多重签名。加强钱包的身份认证和安全防护，防止恶意软件和黑客攻击。

跨境支付安全

数字货币的跨境支付涉及多个国家和金融机构，安全性和合规性是主要挑战。需要设计抗量子攻击的跨境支付协议和系统。

采用后量子密码算法，确保跨境交易的机密性和完整性。建立国际合作机制，制定统一的安全标准和合规要求。加强交易的监控和溯源，防止洗钱和非法交易。

物联网与工业控制系统安全

物联网（IoT）和工业控制系统（ICS）广泛应用于智能家居、智慧城市和工业自动化等领域，其安全性直接影响到物理世界的运行。量子计算的威胁对这些资源受限的设备构成了挑战，需要采取特殊的后量子密码技术和方案。

1、轻量级实现方案需求

资源受限设备适配

物联网设备通常具有有限的计算能力和存储空间，常规的后量子密码算法可能不适用。需要开发轻量级的后量子密码算法，适配资源受限的设备。

例如，研究和采用基于哈希的轻量级签名算法，如Picnic，或优化后的格密码算法。需要在算法设计中平衡安全性和效率，确保设备能够运行安全的密码算法。

性能优化策略

为了在资源受限的设备上运行后量子密码算法，需要采取性能优化策略。可以通过算法实现的精简、代码优化和硬件加速等方式，提高执行效率。

利用嵌入式系统的特点，采用定制的硬件加速模块，如专用的密码协处理器。优化算法的实现，减少计算复杂度和内存占用。通过这些措施，确保后量子密码算法在设备上高效运行。

能效管理

在物联网设备中，能耗是一个重要的考虑因素。后量子密码算法带来的复杂度可能增加能耗，需要进行能效管理。

通过优化算法的能耗特性，减少计算和通信的能量消耗。采用低功耗的硬件设计和节能策略，如睡眠模式和动态电压调节。确保在提供安全性的同时，设备的能耗保持在可接受的范围内。

2、安全通信协议需求

工业协议改造

工业控制系统使用许多专有的通信协议，如Modbus、OPC UA等。这些协议的安全性在量子计算的威胁下需要加强。

更新现有的工业协议，采用后量子密码算法，实现安全的通信和数据传输。例如，在OPC UA中引入后量子密钥交换和签名算法，确保通信的机密性和完整性。需要与工业标准组织合作，推进协议的升级。

设备认证机制

物联网和工业设备的身份认证是安全的基础。采用后量子密码算法的认证机制，可以防止设备被冒充或篡改。

设计轻量级的认证协议，使用后量子签名和密钥交换算法，实现设备的相互认证。确保认证过程的高效性和可靠性，适应不同类型的设备和网络环境。

网络隔离控制

网络安全是ICS和IoT安全的重要组成部分。通过网络隔离和访问控制，防止不受信任的设备和流量进入关键网络。

采用基于后量子密码算法的网络安全机制，增强网络边界的保护。结合入侵检测和防火墙技术，实时监控网络活动。制定严格的网络安全策略，控制设备的访问权限。

3、安全运维管理需求

设备生命周期管理

物联网设备的生命周期管理涉及设备的采购、部署、维护和报废等过程。安全运维管理需要贯穿整个生命周期。

在设备部署前，确保设备采用了安全的后量子密码算法。定期更新设备的固件和安全补丁。在设备报废时，进行安全的数据擦除和处理，防止敏感信息泄露。

远程运维安全

远程运维是维护物联网和工业设备的重要手段。需要确保远程连接的安全性，防止未经授权的访问。

采用后量子密码算法，保护远程连接的认证和数据传输。使用安全的运维协议和工具，限制运维人员的权限和操作范围。加强对远程运维的监控和审计，及时发现异常活动。

其他应用领域

量子通信技术被认为是未来信息通信的最高级技术，将量子通信网络与后量子密码技术集成，能够构建端到端的安全保障体系，构建更为安全的通信网络，即量子通信集成网络。

在量子通信集成网络的搭建中，需要与传统的通信网络进行融合，构建混合网络架构。为确保融合网络的安全，还需要设计新的安全传输协议。因此需要解决两者之间的兼容性和协同问题。具体来说，需要解决量子密钥的分发、混合网络的搭建、身份认证体系的重构、安全策略的重建等。

由此可见，后量子密码技术在各个领域的应用都非常关键和重要，构建这些领域的完善的后量子密码安全能力，需要从技术、管理和策略等多个层面入手，结合实际需求和行业标准，全面提升信息系统的抗量子攻击能力。面对量子计算的挑战，积极主动地开展研究和实施，将有助于保障信息安全的未来。

安全牛《后量子密码安全能力构建技术指南（2025版）》研究报告已经发布，欢迎扫描二维码下载阅览：