后量子时代下物联网的安全保障：实施措施、挑战与未来发展方向

《IEEE Communications Standards Magazine》：Securing IoT in the Post-Quantum Era: Implementation, Challenges, and Future Directions

物联网在智能城市、医疗等领域的广泛应用使其面临传统和量子计算威胁，后量子密码学（PQC）成为保障其安全的核心方案。本文提出分层架构实现PQC与IoT融合，分析传统加密漏洞及量子攻击风险，为构建抗量子安全系统提供路径参考。

　　

摘要：

物联网（IoT）几乎涵盖了所有行业，为创新应用奠定了基础，包括智慧城市、智能系统、智能家居、智慧农业、医疗保健等。然而，由于这些应用的资产价值，它们持续面临不断演变的网络攻击。此外，量子计算的出现对传统加密方法构成了严重威胁，而这些方法通常用于保护物联网系统，可能会使现有的安全机制在面对量子攻击时失效。为了应对量子攻击和传统网络攻击，后量子密码学（PQC）作为一种有前景的解决方案应运而生，旨在为物联网设备和网络提供抵御量子计算威胁的安全保障。PQC算法能够抵御来自经典计算机和量子计算机的攻击，确保长期的安全性。本文探讨了将PQC集成到实际物联网系统中的方法，指出了传统加密方法的脆弱性以及转向抗量子攻击解决方案的必要性，并分析了PQC在物联网系统中的实现情况。通过积极探讨与PQC相关的机遇和挑战，本研究为构建强大、可扩展且安全的物联网系统指明了未来的发展方向。

引言

物联网（IoT）是一种现代基础设施，它将日常设备连接到互联网上，实现了从智能家居到大型工业设施等各种应用中的无缝通信和自动化。在物联网中，数十亿个相互连接的设备生成、传输和接收大量数据，为服务提供商和客户提供价值。随着物联网的广泛应用，智能设备及其连接的网络呈现出惊人的增长趋势。根据GSMA的数据，2019年至2022年间，全球物联网设备的数量增长了12.70%。预计到2025年，物联网设备的数量将达到416亿个，年增长率将达到16.7% [1]。然而，物联网设备的指数级增长以及它们生成的海量数据使其容易受到各种安全威胁，包括未经授权的访问、数据泄露和恶意攻击。此外，量子计算技术带来的不断演变的网络安全威胁严重威胁了传统加密方法，这些方法通常用于保护物联网系统，可能会使现有的安全机制在面对量子攻击时失效。为了应对量子攻击和传统网络攻击，PQC作为一种有前景的解决方案应运而生，旨在为物联网设备和网络提供抵御量子计算威胁的安全保障 [2]。图1展示了一个采用PQC来实现抗量子攻击安全性的分层物联网架构。图1.

集成PQC安全性的分层物联网架构。