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基于后量子密码学的支付系统前瞻性研究1

基于后量子密码学的支付系统前瞻性研究

摘要

随着量子计算技术的快速发展，传统公钥密码体系面临前所未有的安全威胁。支付

系统作为金融基础设施的核心组成部分，其安全性直接关系到国家金融稳定和公众财

产安全。本研究系统分析了量子计算对现有支付系统密码体系的潜在威胁，深入探讨了

后量子密码学（PQC）在支付系统中的应用前景。研究采用文献分析、技术评估和实验

验证相结合的方法，构建了基于PQC的支付系统安全框架。研究结果表明，基于格理

论、编码理论、多变量和哈希等数学难题的PQC算法能够有效抵御量子计算机的攻击，

为支付系统提供长期安全保障。本研究提出了分阶段实施PQC迁移的技术路线，包括

混合密码过渡方案、性能优化策略和标准化建议。研究还分析了PQC实施过程中可能

面临的技术、成本和兼容性风险，并提出了相应的应对措施。本研究的成果将为我国支

付系统的量子安全升级提供理论依据和实践指导，对维护国家金融安全具有重要意义。

引言与背景

1.1研究背景与意义

量子计算技术的突破性进展正在重塑全球网络安全格局。根据国际量子计算产业

发展报告显示，截至2023年，全球已有超过30家企业和研究机构成功开发出具有50

量子比特以上的量子计算机原型，其中部分系统已实现”量子优越性”演示。这种技术进

步使得基于大数分解和离散对数难题的传统公钥密码体系面临严峻挑战。支付系统作

为现代金融体系的核心基础设施，每天处理数以万亿计的交易，其安全性依赖于RSA、

ECC等传统密码算法。一旦量子计算机达到足够规模，这些算法将在数小时内被破解，

导致整个支付系统安全防线崩溃。

在此背景下，后量子密码学（PostQuantumCryptography,PQC）作为应对量子计

算威胁的关键技术，受到各国政府和产业界的高度重视。美国国家标准与技术研究院

（NIST）自2016年起启动PQC标准化进程，目前已进入第三轮评选阶段。我国也在

《“十四五”数字经济发展规划》中明确提出要”加强量子计算等前沿技术超前布局”。开展

基于PQC的支付系统研究，不仅是技术发展的必然要求，更是维护国家金融安全、保

障经济平稳运行的战略需要。

1.2国内外研究现状

国际方面，美国在PQC研究和应用方面处于领先地位。NIST的PQC标准化项目

吸引了全球60多个团队的参与，目前已筛选出15个候选算法进入第三轮评估。Visa、

Mastercard等国际支付巨头已开始测试PQC在支付场景中的应用，并发布了相关技术

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白皮书。欧洲央行也在2022年启动了”量子安全支付”研究项目，探索PQC在跨境支

付中的应用路径。

国内方面，中国科学院、清华大学等科研机构在PQC算法研究方面取得了显著进

展。中国人民银行数字货币研究所已将PQC纳入数字人民币安全体系研究范围。根据

《中国金融科技发展报告（2023）》显示，我国已有超过20家金融机构启动了PQC相

关技术预研。然而，现有研究多集中在算法层面，针对支付系统整体架构的PQC集成

方案尚不完善，缺乏系统性的实施路径和评估标准。

1.3研究目标与内容

本研究旨在构建一套完整的基于PQC的支付系统安全解决方案，具体目标包括：

1）评估量子计算对现有支付系统密码体系的威胁程度；2）筛选适合支付场景的PQC

算法组合；3）设计PQC与传统密码的混合过渡方案；4）开发PQC支付系统原型并

验证其性能；5）提出支付系统PQC迁移的实施路径和政策建议。

为实现上述目标，本研究将重点开展以下内容：量子计算对密码学的影响机制分

析；PQC算法在支付场景下的适用性评估；基于PQC的支付系统架构设计；PQC支

付系统性能优化方法；支付系统PQC迁移的风险评估与应对策略。

研究概述

2.1研究范围界定

本研究聚焦于支付系统中密码学组件的量子安全升级，主要涵盖银行卡支付、移动

支付和数字货币三大应用场景。研究范围不包括支付业务逻辑层面的创新，而是专注于

保障交易安全性的密码基础设施。时间维度上，研究考虑从当前到2035年量子计算可

能达到实用化水平的时间窗口。技术维度上，研究涵盖PQC算法