后量子密码标准与实现

教程导读：后量子密码标准与实现

一句话定位：RSA/ECC 在足够大的量子计算机面前将被 Shor 算法攻破。本教程对比驱动：在格、编码、哈希、多变量、同源五大家族对照表中理解 NIST 为何选中 CRYSTALS-Kyber（KEM）与 CRYSTALS-Dilithium（签名），以及如何规划 TLS 混合迁移。

这门课解决什么问题

知道「量子计算机很危险」却说不清该用哪种 PQC、密钥有多大、TLS 怎么改——SOURCE 1.1 用 Shor/Grover 对照说明：公钥体系面临多项式时间分解/离散对数攻击，对称密码仅有效密钥长度减半。本教程用对比表对齐安全性假设、密文/签名尺寸、实现库（liboqs、PQClean）与 NIST 标准化时间线。

适合谁读

• 负责 TLS/PKI 轮换的安全架构师
• 密码学工程师评估 Kyber/Dilithium 集成
• 合规与风控需理解「Harvest Now Decrypt Later」风险的管理者

学习路线

PQC 算法家族对比矩阵

怎么用本教程

每节以对照表开头：经典算法 vs PQC 候选，或家族 A vs 家族 B。引用 SOURCE 独有事实：Shor 1994、Grover 将 AES-128 有效强度降至 64 位、NIST 2022 公布首批标准、Kyber-768 对应 AES-192 级安全等。

⚠️ 常见误区：以为对称密码 AES 被「完全破解」——Grover 仅平方加速，加倍密钥可补偿。

💡 关键直觉：PQC 选型 = 安全假设可信度 × 性能 × 标准化成熟度。

章节概览

1. 后量子密码概述 — 量子威胁、PQC 定义、与经典密码共存
2. PQC 算法家族 — 格、编码与哈希、多变量与同源对比
3. 标准化进程 — NIST PQC 项目、入选算法、混合系统
4. 实现与优化 — 软件库、硬件加速、侧信道防护
5. 部署与迁移 — 路线图、TLS/IoT 场景、风险管理

阅读前提

• 熟悉 RSA/ECC、AES、SHA 的基本概念：本教程直接用「密钥长度」「签名」「KEM」等术语讨论 PQC，遇到基础概念可回看第 1 章与第 2 章的对照表。
• 了解 TLS 握手的大致流程：3.3 与 5.2 会讨论混合 KEM 如何融入 ClientHello 与证书链，若不清楚 code point、密钥份额、Finished 消息，可先读 03-01 与 03-03。
• 不需要量子物理背景：PQC 全部算法都在经典计算机上运行，本教程涉及量子的部分只有 Shor 与 Grover 两个算法的结论，不推导物理实现。
• 建议按顺序阅读第 1 到第 5 章；若时间有限，直接读 3.2 的参数对照表、4.1 的软件栈清单与 5.1 的迁移路线图即可获得可执行要点。

常见疑问

章节地图

• 第 1 章回答「为什么换」：Shor/Grover 的威胁边界、PQC 的目标定位与共存策略。
• 第 2 章回答「换什么」：格、编码、哈希、多变量、同源五大家族的数学假设与 NIST 命运。
• 第 3 章回答「标准是什么」：FIPS 203/204/205 参数集与混合密码系统的设计思路。
• 第 4 章回答「怎么实现」：liboqs/PQClean 软件栈、FPGA/ASIC 硬件加速与侧信道防护。
• 第 5 章回答「怎么落地」：分阶段迁移路线图、场景选型矩阵与风险管理剧本。

每章的 _index.md 都提供本章的 mermaid 概览图，节文件末尾附有速记，可按需跳读。