隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備部署的加速，尤其是在智能電表等低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)場景中，后量子時代的安全問題正日益凸顯。當(dāng)前部署的設(shè)備普遍設(shè)計(jì)為長生命周期——許多將運(yùn)行 10 至 20 年。這引出了一個關(guān)鍵問題：當(dāng)量子計(jì)算機(jī)進(jìn)入實(shí)用階段時，這些設(shè)備是否依然安全？
答案并不簡單。量子計(jì)算有潛力破解當(dāng)前廣泛使用的加密算法，如 RSA 和 ECC。因此，密碼學(xué)界正積極研發(fā)抗量子算法，NIST 等機(jī)構(gòu)在后量子密碼學(xué)(PQC)標(biāo)準(zhǔn)化方面走在前列。這促使部分廠商考慮立即部署新的加密方案，以確保物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的長期安全性。
然而，對于智能電表等受限型 LPWAN 設(shè)備而言，情況更為復(fù)雜。這類設(shè)備通常功耗極低、內(nèi)存有限、帶寬受限。當(dāng)前的 PQC 算法在密鑰長度、計(jì)算復(fù)雜度和資源占用方面的要求較高，若不顯著增加硬件成本與能耗，短期內(nèi)難以直接落地。
還需關(guān)注攻擊者畫像：當(dāng)量子計(jì)算機(jī)強(qiáng)大到足以威脅公鑰加密時，其高昂的成本與技術(shù)門檻很可能使其僅掌握在國家級實(shí)驗(yàn)室或研究機(jī)構(gòu)手中。用每小時數(shù)千美元的量子計(jì)算資源去攻擊一臺智能電表或水位傳感器（其數(shù)據(jù)幾乎無直接商業(yè)價值）的可能性極低。
因此，越來越多的組織并未急于全面上馬 PQC，而是轉(zhuǎn)向“加密敏捷性”策略。這種設(shè)計(jì)理念要求系統(tǒng)與設(shè)備能夠在未來不更換硬件的前提下，通過固件或軟件更新替換加密算法。
加密敏捷性通常包括兩種路徑：
加密敏捷設(shè)計(jì)：確保設(shè)備具備足夠的內(nèi)存、計(jì)算能力、協(xié)議靈活性以及安全的算法更新機(jī)制，以支持未來的加密升級，甚至調(diào)整安全功能的工作模式。
提前部署 PQC：主要應(yīng)用于 IT、汽車、航空航天、國防等對長期安全性要求極高、且硬件資源相對充裕的領(lǐng)域。
兩種策略各有優(yōu)劣。提前部署 PQC 會增加當(dāng)前的成本與復(fù)雜度，但可獲得理論上的“免疫”優(yōu)勢；加密敏捷性則降低了短期成本，但對更新機(jī)制與架構(gòu)設(shè)計(jì)要求更高。
在此基礎(chǔ)上，還必須考慮數(shù)據(jù)的敏感性差異。并非所有數(shù)據(jù)都需要后量子保護(hù)——歷史用水量可能無需量子級防護(hù)，而涉及個人位置隱私或醫(yī)療植入物固件的數(shù)據(jù)，則必須具備最高等級的安全性。因此，安全策略應(yīng)按數(shù)據(jù)價值與設(shè)備用途定制化實(shí)施。
綜合來看，對大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)與 LPWAN 設(shè)備而言，近期最務(wù)實(shí)的路徑是在設(shè)計(jì)中優(yōu)先落實(shí)加密敏捷性，同時為未來的 PQC 兼容性做好生態(tài)準(zhǔn)備，包括軟件、網(wǎng)關(guān)與云端系統(tǒng)的協(xié)同升級。
安全硬件與混合 PKI：構(gòu)筑面向未來的安全基石
應(yīng)對現(xiàn)有與潛在(包括量子)威脅的有效方式之一，是依托安全硬件提供的可信保障?？尚牌脚_模塊(TPM)與安全元件(SE)能夠?qū)⒓用苊荑€存儲在防篡改、不可導(dǎo)出的安全環(huán)境中。
TPM：支持安全生成與存儲密鑰，通過安全啟動保護(hù)固件完整性，并執(zhí)行身份認(rèn)證管理。
安全元件（SE）：具備類似功能，但外形與功耗更適合智能電表、追蹤標(biāo)簽等資源受限設(shè)備。
這些硬件安全錨點(diǎn)還能實(shí)現(xiàn)防回滾保護(hù)、密鑰認(rèn)證及側(cè)信道攻擊防御，對生命周期超過十年的設(shè)備尤為關(guān)鍵。
與此同時，混合 PKI(公鑰基礎(chǔ)設(shè)施)模式也日益受到重視。該模式在當(dāng)前采用傳統(tǒng) ECC 或 RSA 證書的同時，預(yù)留對未來 PQC 證書的支持。例如，可通過混合證書同時包含經(jīng)典與量子安全公鑰，并設(shè)計(jì) PKI 架構(gòu)(根 CA、中間 CA、RA)以支持算法的平滑輪換與證書續(xù)訂，從而減輕未來加密失效帶來的沖擊。
混合 PKI 為從當(dāng)下標(biāo)準(zhǔn)向后量子安全體系的過渡提供了可控路徑，使組織能夠根據(jù)成熟度、應(yīng)用場景與合規(guī)要求，在網(wǎng)絡(luò)或節(jié)點(diǎn)級別分階段引入 PQC。
結(jié)語
量子威脅雖已顯現(xiàn)，但對大多數(shù) LPWAN 部署而言，短期優(yōu)先事項(xiàng)應(yīng)是實(shí)現(xiàn)加密敏捷性、采用 TPM/SE 保護(hù)關(guān)鍵密鑰、并通過混合 PKI 實(shí)現(xiàn)平滑過渡，從而在不犧牲性能與成本的前提下，平衡當(dāng)前安全與未來防護(hù)需求。
