后量子计算时代保障央行数字货币系统安全

• 量子计算机可以变革数据密集型任务，但它们也对保护数据传输中安全的加密技术构成独特威胁。

• 央行数字货币（CBDC）系统旨在改善跨境支付，但这可能使关键交易数据面临量子攻击风险。

• 央行必须将加密敏捷性嵌入央行数字货币系统，以抵御针对支付基础设施的量子网络攻击。

量子计算是一种颠覆性力量，将彻底改变各行业的数据密集型任务。然而，它也带来独特的网络安全威胁，因为它可能被用于破解当前的数据加密方案。

随着行业参与者推动金融市场现代化，必须重视在央行数字货币（CBDC）时代构建抗量子金融体系。央行数字货币（CBDC）。

关键基础设施需要关键保障

全球经济体中超过98%的央行正在探索央行数字货币以提高跨境支付效率、增强金融包容性，并维护央行货币在金融市场新一代中的作用。

与此同时，私营部门正在推进可规模化运行的量子计算机，以创造到2025年价值1.3万亿美元。

量子计算机采用量子比特（qubit），其可处于多维状态（即可以是0、1，或0与1的任意组合），从而比经典超级计算机更好地解决金融投资组合优化或新药发现等复杂问题。

然而，恶意行为者也可能利用这一新技术，破解我们最关键系统中的部分公钥加密机制。

央行数字货币系统依靠加密机制保护“传输中”的数据，这些数据与许多系统一样，包括敏感的客户、交易和市场数据。因此，央行数字货币以及RTGS系统等其他国家支付系统都容易受到量子威胁的影响。

这些系统与结算和清算系统等平台相互关联，凸显了缓解攻击以防止金融传染的重要性。

越来越多的共识认为，央行数字货币系统有望推动跨境支付现代化，而跨境支付可能涉及跨司法管辖区和机构之间的某些数据共享活动。因此，分布式账本技术（DLT）常被用作央行数字货币系统的基础设施进行试验，例如mBridge、Icebreaker和Mariana。

恶意行为者可能利用量子计算机截取央行数字货币系统的网络通信，冒充个人并窃取金融资产。总体而言，量子攻击方法主要有三种类型：

• 网络拦截：截取通过网络和无线通信传输的信息。

• 身份冒充：在线冒充个人，以绕过验证检查并执行特权操作。

• “先窃取，后解密”：截取并存储传输中的加密数据，待量子计算机可实际应用后再进行解密，专家认为这一时间将在10至15年后。

此类事件的影响不容低估。2021年哈德逊研究所的一项研究表明，对美国实时全额结算（RTGS）系统（“Fedwire Funds Service”）发起的理论量子攻击可能导致攻击后实际GDP下降10%至17%，进而可能引发为期六个月的经济衰退，并造成数万亿美元的间接损失。

嵌入加密敏捷性以保障央行数字货币系统

量子计算机被视为对央行数字货币系统的威胁，因为它们能够破解传输中的加密标准，例如RSA和椭圆曲线密码学（ECC），而这些标准在金融系统中被普遍使用。

尽管目前尚未广泛投入实际应用，专家预测到2030年将有约5000台可运行的量子计算机。随着量子计算的出现，理解如何保护关键基础设施免受此类攻击变得愈发重要。

加密敏捷性是一种能力，能够基于实时威胁轻松编排和轮换加密算法，并挫败不断演变的攻击技术。

例如，目前的RSA和ECC等非对称加密必须辅以NIST候选的基于格的算法，如模块格加密方法（ML-KEM/Kyber）、模块格数字签名算法（ML-DSA/Dilithium），或无状态哈希数字签名算法（SLH-DSA/SPHINCS+）。

预计今年将实施的其他机制示例包括：

• 密钥封装机制（KEM）：一种旨在使用非对称算法保护对称密钥以便传输的加密协议，可在很大程度上保护通信协议免受攻击。

• 数字签名算法（DSA）：一种生成和验证电子签名的非对称加密算法，从而保障各系统中的身份安全。

在央行数字货币系统的四个层面（网络、应用、数据流和代码）实施KEM和DSA，对于防止网络拦截、身份冒充以及“先窃取，后解密”至关重要。

因此，央行和金融机构在设计和构建央行数字货币系统时，应采用抗量子策略，包括：

• 基于新威胁开展量子安全风险分析，并确定应对措施的能力。

• 编制加密物料清单（CBOM），建立系统中相关加密机制的清单，以便进行定期升级。

• 对获准访问央行数字货币系统的实体实施严格的网络韧性措施，以保护移动设备等网络终端。

• 在网络和应用层面封装流量，并在软件开发生命周期中嵌入特定库的使用，以促进安全且灵活的应用。

• 若基于分布式账本技术，则通过将数据存储共享至多个数据中心或节点来实现数据冗余，并采取预防措施，确保为此部署的密钥管理具备量子安全性。

尽管分布式账本技术在其他方面可能具有价值，但与传统系统相比，它并不能增强抵御量子攻击的加密敏捷性，因为需要在所有四个层面进行保护，而不仅仅是在智能合约所在的应用层面。

然而，新出现的证据表明，分布式账本技术可能极大地惠及加密物料清单，使多方能够获得经可信方式验证的加密清单，因为它有助于实现无需信任即可验证的加密清单。

持续探索抗量子策略

目前正在开展国际努力，以探寻保护包括央行数字货币在内的新一代国家支付系统的方法。

世界经济论坛已组建量子经济网络，该网络近期编制了指导意见，供金融行业参考，以指导全球监管方法，鉴于监管机构在推动行业行动中的关键作用。

国际清算银行（BIS）已公布“Leap项目”第一阶段的成果，推动金融系统量子安全密码学研究。与此同时，“Tourbillon项目”是国际清算银行的另一项举措，旨在探索在央行数字货币背景下以量子安全的基于格的方案取代RSA加密方法。

一项值得关注的私营部门工作是量子安全成熟度指数，该指数由埃森哲及其他公司发起，旨在通过抵御这一快速增长的密码学威胁，加快并提升文明世界的安全水平。

随着央行推进央行数字货币建设，加密敏捷性必须成为核心方法，以保护金融基础设施免受量子网络攻击。

若缺乏这一点，央行数字货币系统和关键基础设施可能面临暴露，并造成重大经济损失。公共和私营部门在组织边界之外开展深入协作以实现网络韧性，将是成功遏制量子威胁的关键。