5、医疗保健中的量子计算应用

医疗保健中的量子计算应用

1. 量子计算在医疗保健中的重要性

在当今时代，医疗保健领域的数据安全至关重要。随着技术的发展，从传统量子前系统向量子后物联网系统转变变得十分必要。这两种系统各有优缺点，下面将详细分析。

1.1 公钥密码学在量子计算中的应用

如今，安全在很大程度上依赖于对称和非对称密码系统。这些系统的有效性通常与其安全级别相关，安全级别是衡量经典计算机以暴力手段破解密码系统所需计算强度的单位。例如，一个256位安全的密码系统，经典计算机破解它也具有相当的难度。

哈希函数和其他对称算法在量子后时代仍然有效。因为要为NP难问题设计高效的量子算法是非常困难的，所以只需增加这些算法的密钥或输出大小即可。例如，创建一个 $3\sqrt{n}$ 大小的表，就可以使用Grover算法来查找哈希函数中的碰撞。

公钥密码学使用密钥对，包括公钥和私钥。公钥用于加密特定用户的消息，私钥用于该用户解密和访问消息。公钥和私钥之间的关系是纯数学的，通过公钥进行暴力攻击寻找私钥所需的计算量决定了公钥密码系统的强度。因此，公钥密码学严重依赖数学问题，如椭圆曲线、离散对数和整数分解等，而这些问题的解决方案直到最近才被找到。

公钥密码系统在不安全网络中的最大优势是其非对称性，这解决了密钥分发问题，因为公钥只能用于加密，不能用于解密。而对称密码学使用相同的密钥进行加密和解密，因此密钥的安全存储对于消息在预期方之间的共享至关重要。

不过，公钥密码系统也有缺点，例如生成两个具有特定结构的密钥成本很高。对称密码系统相对便宜，因为它们通常使用随机生成的k位字符串作为密钥。即使是最流行的公钥加密系统也受到量子计算的威胁，如椭圆曲线数字