In the era of quantum computing, Shor's algorithm running on quantum computers (QCs) can break asymmetric encryption algorithms that classical computers essentially cannot. QCs, with the help of Grover's algorithm, can also speed up the breaking of symmetric encryption algorithms. Though the exact date when QCs will become "dangerous" for practical problems is unknown, the consensus is that this future is near. Thus, one needs to start preparing for the era of quantum advantage and ensure quantum safety proactively. In this paper, we discuss the effect of quantum advantage on the existing software systems and recap our seven-step roadmap, deemed 7E. The roadmap gives developers a structured way to start preparing for the quantum advantage era. We then report the results of a case study, which validates 7E. Our software under study is the IBM Db2 database system, where we upgrade the existing cryptographic schemes to post-quantum cryptography (using Kyber and Dilithium schemes) and report our findings and learned lessons. The outcome of the study shows that the 7E roadmap is effective in helping to plan the evolution of existing software security features towards quantum safety.


翻译:在量子计算时代,在量子计算机(QCs)上运行的Shor的算法可以打破古典计算机根本无法实现的不对称加密算法。 QCs在 Grover的算法的帮助下,也可以加速对称加密算法的破碎。 虽然QCs将因实际问题而成为“危险”的确切日期还不清楚,但人们的共识是,这个未来已经临近。 因此,人们需要开始为量子优势时代做准备,并积极主动地确保量子安全。 在本文中,我们讨论了量子优势对现有软件系统的影响,并重塑了我们视为7E的七步路线图。 路线图为开发者提供了开始为量子优势时代做准备的结构化方法。 我们随后报告了案例研究的结果,该结果证实了7E。 我们的研究软件是IBM Db2 数据库系统, 我们在该系统中将现有的加密系统升级为后量子加密系统(使用Kyber和Dilithium计划), 并报告了我们的调查结果和学到的经验教训。 研究结果显示, 7E 路线图是帮助规划现有软件安全特性的演变的有效方法。

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