如今，我們必須直面一個迫在眉睫的嚴峻威脅：量子計算機。

隨著各國政府監(jiān)管機構制定嚴格的時間表，產(chǎn)品設計師們正面臨一項嚴峻挑戰(zhàn)：如何為持續(xù)服役數(shù)十年的設備提供可靠的安全防護。

如今，越來越多嵌入式廠商將后量子加密（PQC，Post-Quantum Cryptography）作為基礎要素，在其MCU、跨界MCU、MPU、SoC等產(chǎn)品中無縫采用PQC技術。今天，EEWorld就來復盤和盤點一下PQC技術，以及哪些廠商在重視PQC技術。

后量子加密，很重要

盡管實用化量子計算機尚未普及，但風險已經(jīng)提前到來。量子計算機即將破解Rivest-Shamir-Adleman（RSA）和橢圓曲線密碼學（ECC）等傳統(tǒng)加密技術。這意味著，生命周期較長的產(chǎn)品必須采用能抵御未來威脅的密碼技術。

攻擊者可以在今天竊取并保存加密數(shù)據(jù)，待未來量子計算能力成熟后再進行破解，這種攻擊模式被稱為“先竊取、后破解”（Harvest Now, Decrypt Later、HNDL），嚴重威脅金融、醫(yī)療、工業(yè)等領域的長期數(shù)據(jù)安全。

這一風險對于需要長期保密的數(shù)據(jù)尤為嚴重，例如政府機密文件、醫(yī)療記錄、工業(yè)數(shù)據(jù)和知識產(chǎn)權等。對于智能電表、工業(yè)設備、汽車電子等使用壽命長達10至15年的設備而言，如果今天不考慮量子安全，未來很可能面臨數(shù)據(jù)暴露風險。因此，各國政府和產(chǎn)業(yè)界正積極推動PQC部署，以確保當前系統(tǒng)在未來依然具備安全性。

后量子加密 (PQC) 是一種能夠抵御量子計算機攻擊的新型算法。后量子算法以全新數(shù)學難題為基礎，未來將取代RSA和ECC等現(xiàn)行加密方案。實現(xiàn)此類算法，需要依靠深度創(chuàng)新以及學術界與工業(yè)界之間的密切合作。從量子計算的影響來看：

• RSA和ECC將受到Shor算法的直接威脅，難以通過簡單增加密鑰長度實現(xiàn)長期安全；

• AES和SHA等對稱密碼算法受到的影響相對有限，通過提升密鑰長度即可維持安全性，例如AES-256已被視為量子時代的推薦方案。

目前，LMS、ML-KEM、ML-DSA等主流后量子密碼算法已經(jīng)基本明確了各自的應用定位，分別面向固件簽名、密鑰交換和通用數(shù)字簽名等場景。

據(jù)MarketsandMarkets預測，全球后量子密碼（PQC）市場預計將從2025年的約5億美元增長至2030年的28億美元，年復合增長率超過45%。遠期看，PQC市場規(guī)模有望在2035年突破百億美元。

全球時間表與合規(guī)要求

當前，全球監(jiān)管機構已給出強制時間表，2030～2035年是統(tǒng)一的合規(guī)截止期。行業(yè)普遍預計，2027年將成為后量子密碼進入主流量產(chǎn)平臺的重要時間節(jié)點。

• NSA（美國）：軟件/固件簽名須立即啟動過渡，2030年全面使用后量子簽名算法；

• NIST（美國）： RSA-2048 和 ECC-256 將于2035年全面禁用；

• 歐盟、英國：要求2030年前完成關鍵基礎設施的量子安全升級；

• 中國：量子科技已列入“十五五”未來產(chǎn)業(yè)首位。

CNSA 2.0勾勒后量子加密過渡時間表，來源丨NSA

具體來說，美國的國家標準與技術研究院（NIST）在2024年底發(fā)布的《向抗量子密碼算法標準遷移》（簡稱NIST IR 8547）的指導要求文件影響巨大。文件中明確，到2030年將淘汰經(jīng)典非對稱密碼，2035年正式禁用。

2024年8月，美國國家標準與技術研究院（NIST）正式發(fā)布首批后量子密碼標準，包括用于密鑰封裝的FIPS 203（ML-KEM），以及用于數(shù)字簽名的FIPS 204（ML-DSA）和FIPS 205（SLH-DSA），標志著PQC正式進入標準化落地階段。其中，Keccak算法作為SHA-3標準的核心技術，在這些后量子算法中發(fā)揮了重要作用。

美國國家安全局在《商業(yè)國家安全算法套件2.0版》(CNSA 2.0) 中發(fā)布指導方針，要求所有國家安全系統(tǒng)的新采購項目須在2027年前符合NIST PQC算法標準。

而后，全球各國政府及機構正在制定PQC采用的最后期限，目標是在2035年前完成大部分遷移工作。加拿大、英國和歐盟于2025年第二季度先后發(fā)布了抗量子密碼（PQC）遷移規(guī)劃，加拿大在2026年4月之前，英國擬在2028年之前，歐盟成員國擬在2026年底之前，完成抗量子密碼遷移的初步規(guī)劃及相關準備工作。

國內也在關注PQC，中國商業(yè)密碼標準研究院于2025年啟動一項全球計劃，致力于研發(fā)能抵御量子計算機攻擊的新一代算法。

PQC，延伸至嵌入式領域

雖然PQC通常被視為軟件層面的技術升級，但硬件實際上是實現(xiàn)高效、安全部署的重要基礎。

基于硬件實現(xiàn)的后量子密碼具有多方面優(yōu)勢：

• 利用專用加速器提升加密運算性能；

• 降低系統(tǒng)功耗，適合嵌入式設備部署；

• 提供更強的物理防攻擊能力；

• 實現(xiàn)安全密鑰存儲與隔離；

• 減少軟件漏洞帶來的攻擊面；

• 提供更穩(wěn)定、可預測的安全運行環(huán)境。

因此，嵌入式系統(tǒng)、安全芯片、FPGA、SoC、GPU以及各類邊緣計算設備，正在逐步集成PQC支持能力。

面對汽車、工業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)等領域設備服役周期長達10至20年、無法頻繁更換硬件的現(xiàn)實困境，單純依賴未來硬件迭代已無法滿足當下的安全需求。因此，當前的主流做法是嵌入到硬件信任根（RoT）。系統(tǒng)架構設計方式多樣，可根據(jù)應用場景從簡至繁，但最終安全根基仍需追溯至硬件信任根。要實現(xiàn)后量子安全性，硬件信任根必須具備PQC安全，因為所有更高層級（軟件）組件的安全性與敏捷性皆依賴于此。

一旦硬件信任根得到保障，系統(tǒng)便能在每次重置時驗證硬件與軟件的真?zhèn)涡耘c完整性。這一可信起點為數(shù)據(jù)加密和運行時應用奠定基礎，例如采用傳輸層安全協(xié)議（TLS）1.3建立安全通道時，亦可集成對PQC算法的支持。

隨著輕量化技術逐漸成熟，物聯(lián)網(wǎng)終端、工業(yè)控制系統(tǒng)以及各類嵌入式通信模塊等場景，開始具備部署后量子密碼的條件。

• 汽車行業(yè)：一輛汽車的使用周期通常長達10至15年，未來需要持續(xù)依賴OTA空中升級、V2X車聯(lián)網(wǎng)通信以及車載軟件更新，部署PQC后，可在車輛全生命周期內構建面向量子時代的安全防護體系；

• 工業(yè)控制和關鍵基礎設施領域：大量PLC、傳感器、工業(yè)網(wǎng)關等設備的服役周期甚至可達數(shù)十年，通過引入PQC，可保障固件完整性、設備身份認證、指令傳輸和遠程運維安全，為智能工廠、能源系統(tǒng)及智慧城市構筑長期可信的安全基礎；

• 物聯(lián)網(wǎng)領：醫(yī)療設備、智能電表以及各類消費級IoT終端普遍存在在線時間長、升級困難等特點，PQC能夠保護云端連接、遠程升級和數(shù)據(jù)通信安全，有效應對“先竊取、后解密”等量子時代的新型攻擊模式。

與此同時，開源芯片生態(tài)也在積極推進相關探索。一些安全芯片項目正嘗試將后量子密碼能力直接集成至RISC-V等開源架構的硬件安全模塊中，使抗量子攻擊能力能夠在芯片層面原生實現(xiàn)。

混合密碼學是過渡方案

由于量子時代尚未完全到來，許多算法基于全新的數(shù)學難題，其長期安全性尚未經(jīng)過數(shù)十年的充分驗證。即便已經(jīng)進入標準化階段，未來仍有可能發(fā)現(xiàn)新的漏洞，甚至被傳統(tǒng)計算機破解。

因此，業(yè)界普遍采用“混合密碼學（Hybrid Cryptography）”作為過渡方案。例如在密鑰交換過程中，同時使用ECDH和ML-KEM生成共享密鑰；在數(shù)字簽名場景中，同時采用ECDSA和ML-DSA進行認證。這種方式能夠兼顧當前安全需求和未來量子安全需求，在遷移階段提供雙重保障。

這種混合機制既能應對量子計算帶來的威脅，也能降低新型PQC算法本身存在的不確定性，因此被認為將在未來較長時間內成為主流方案。這也對安全系統(tǒng)提出了更高要求：不僅需要同時支持傳統(tǒng)密碼和后量子密碼，還需要具備“密碼敏捷性”，能夠在系統(tǒng)部署后根據(jù)標準演進或算法變化快速完成升級和切換，而可重構計算架構正是實現(xiàn)這一目標的重要技術路徑。

PQC遷移三個階段

從實施路徑來看，PQC遷移通常遵循“評估-過渡-執(zhí)行”三個階段。

• 首先是評估階段，需要全面梳理現(xiàn)有密碼體系和應用場景，識別需要升級的系統(tǒng)與模塊，分析升級對性能、成本、兼容性以及業(yè)務流程的影響，并結合風險等級制定優(yōu)先級明確的遷移路線圖；

• 其次是過渡階段，優(yōu)先在高價值、高風險場景中部署PQC，例如關鍵設備的固件簽名、身份認證和密鑰交換機制。同時根據(jù)標準演進和技術成熟度，持續(xù)優(yōu)化遷移方案；

• 最后是執(zhí)行階段，完成產(chǎn)品、系統(tǒng)和服務的全面升級，實現(xiàn)端到端的抗量子安全能力，為未來量子計算環(huán)境做好準備。

目前，LMS、ML-KEM、ML-DSA等主流后量子密碼算法已經(jīng)基本明確了各自的應用定位，分別面向固件簽名、密鑰交換和通用數(shù)字簽名等場景。然而，與RSA和ECC等傳統(tǒng)算法相比，PQC普遍存在密鑰尺寸更大、計算開銷更高的特點，因此會對設備的軟件架構、硬件資源、系統(tǒng)性能、生產(chǎn)流程以及開發(fā)工具鏈產(chǎn)生不同程度的影響。具體影響范圍和優(yōu)化方案仍與最終采用的算法及部署方式密切相關，相關評估和驗證工作也正在持續(xù)推進之中。

這些廠商，加碼PQC

ST（意法半導體）為客戶提供全棧式PQC評估與落地工具鏈，包括三方面：

• 一是由ST自主開發(fā)、維護的STM32軟件密碼庫X-CUBE-PQC / X-CUBE-CRYPTOLIB，算法已通過NIST CAVP認證，符合國際密碼標準，支持新舊全系列STM32 MCU；

• 二是安全元件密碼庫NesLib / NesLib-PQML，覆蓋安全固件升級（LMS簽名）、密鑰封裝（ML-KEM）、數(shù)字簽名（ML-DSA）三大PQC應用場景；

• 三是PQC硬件加速器，內置SHA-3哈希算法、Keccak、以及NTT（數(shù)論變換）單元等關鍵加速模塊，專門針對PQC算法的核心運算做硬件加速，自帶側信道攻擊防護，從硬件層面保障密碼實現(xiàn)的安全性，針對ML-KEM、ML-DSA等主流PQC算法做了性能優(yōu)化，解決純軟件的性能瓶頸；支持Common Criteria認證，適配高安全等級的終端設備。

恩智浦（NXP）將為幾乎所有新產(chǎn)品提供PQC支持，首批涵蓋i.MX 94和i.MX 95工業(yè)應用處理器系列、S32N車載超級集成處理器、S32K5汽車微控制器，以及MCX系列高端微控制器。面向移動、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)及安全身份認證市場的新一代安全芯片將配備專用PQC硬件支持，并可作為即用型解決方案集成到任何集成電路(IC)。對于能夠運行后量子加密算法的現(xiàn)有可升級系統(tǒng)，通過軟件升級即可擴展其運行時PQC加密服務。

恩智浦將PQC嵌入硬件信任根，為新產(chǎn)品實現(xiàn)安全啟動、軟件或固件更新及安全通信，以抵御量子威脅。在恩智浦，PQC并非附加功能，而是貫穿工業(yè)、邊緣計算、汽車、移動及安全身份認證等整個產(chǎn)品線的安全策略核心。

對于面向長期服役和高安全等級應用的產(chǎn)品，恩智浦開始導入融合傳統(tǒng)密碼與后量子密碼的混合硬件信任根，并支持ML-DSA、LMS等標準化PQC算法；對于安全芯片等超高安全要求的產(chǎn)品，恩智浦還將引入額外的專用PQC硬件，以滿足通用準則評估保障級6級等安全規(guī)范對性能與物理安全的要求。

Microchip將PQC集成在信任的硬件根基，實現(xiàn)從開機到生命終止的安全運行。方法與行業(yè)領導者一致，將抗量子算法直接嵌入產(chǎn)品架構中，以實現(xiàn)加密敏捷性并符合CNSA 2.0、FIPS 203、FIPS 204和FIPS 205等標準。

Microchip持續(xù)擴展其Trust Shield系列支持PQC的產(chǎn)品組合，目前支持的產(chǎn)品包括：PIC64HX和PIC64-HPSC兩大64位RISC-V MPU系列均已將后量子安全納入設計，前者面向工業(yè)邊緣計算和AI應用，集成硬件信任根、安全隔離和后量子加密能力，后者則針對航空航天、國防等高可靠場景；MEC175xB嵌入式控制器也集成了基于硬件的PQC能力，可為PC和服務器平臺提供安全管理支持；針對PQC推出了TS1800 平臺信任根（Platform Root of Trust）控制器與TS50x安全開機控制器。

英飛凌（Infineon）此前曾宣布，其新PSOC Control C3 Performance Line系列微控制器（MCU）符合商業(yè)國家安全算法（CNSA）套件2.0中概述的后量子密碼學（PQC）固件保護要求。MCU還支持PSA（平臺安全架構）3級合規(guī)性。通過符合這兩個標準，英飛凌的PSOC Control C3性能系列滿足了各種工業(yè)應用的安全需求，并簡化了它們在PQC時代向更高安全性的過渡。

瑞薩（Renesas）在此前表示，正在推進后量子密碼學（PQC）等零接觸安全解決方案，以抵御量子計算時代的網(wǎng)絡威脅，進一步強化邊緣AI系統(tǒng)的安全性。

國民技術的解決方案是：將后量子密碼（PQC）直接嵌入硬件信任根（RoT），抵御量子計算機攻擊，保護固件完整性，確保設備長期安全可靠。與傳統(tǒng)信任根僅支持RSA/ECC不同，國民技術硬件信任根原生集成了CRYSTAL-Kyber、CRYSTALS-Dilithium等PQC算法IP，并支持LMS、XMSS、SPHINCS+等后量子數(shù)字簽名算法，從而在安全啟動和固件更新保護兩方面實現(xiàn)量子安全加固。

亦芯微在2025年9月發(fā)布支持SIMD的混合計算兼容型RISC-V后量子密碼SoC芯片ECPQ80HP，該芯片基于28nm工藝設計與實現(xiàn)，內置芯來科技RISC-V N300處理器內核。該PQC芯片以量子密碼IP核為基礎，充分利用RISC-V開源擴展指令集的優(yōu)勢, 建立PQC算法定制指令集，并基于可重構技術，通過定制指令對可配置硬件算子的靈活調用實現(xiàn)了多樣化加密算法及參數(shù)的高效兼容。

國芯科技于2026年4月宣布 CCRC4XXX系列內測成功——這是國內首款融合 RISC-V 架構、AI 推理、抗量子密碼三大特征的高性能汽車 MCU。CCRC40xx的密碼體系是“傳統(tǒng)+國密+抗量子”三融合架構： 傳統(tǒng)密碼：RSA-2048/4096、ECC-P256/P384——滿足當前通信協(xié)議需求；國密算法：SM2/SM3/SM4——滿足國內法規(guī)合規(guī)要求；PQC 抗量子密碼：NIST標準化的ML-KEM（密鑰封裝）、ML-DSA（數(shù)字簽名）——面向量子計算威脅。

全球嵌入式非揮發(fā)性內存領導廠商力旺電子（eMemory）與旗下專注于硬件安全硅智財?shù)淖庸眷卮a科技（PUFsecurity）今年1月宣布其合作開發(fā)的 PUF-PQC后量子密碼學（Post-Quantum Cryptography， PQC）硬件加速解決方案，已正式通過美國國家標準暨技術研究院（NIST）的最新標準認證。

目前，這套獲得NIST全系列認證的PUF-PQC解決方案已全面上市，并可無縫整合至多家晶圓代工廠的先進制程與成熟制程平臺。 無論是追求成本效益的物聯(lián)網(wǎng)端點設備，還是追求極致效能的高速運算（HPC）與AI芯片，PUF-PQC都能協(xié)助客戶在符合CNBC 2.0（后量子密碼遷移框架）等國際高規(guī)格資安標準的前提下，構建強固的安全防御體系，引領產(chǎn)業(yè)自信邁向后量子時代。

FPGA廠商Lattice也分享過對于PQC的看法。其認為，由于PQC的核心聚焦于算法，它常被視為開發(fā)者需要解決的一類基于軟件的挑戰(zhàn)。然而，滿足這些需求并非僅靠軟件就能完成。打造靈活且面向未來的PQC解決方案，最佳方式是采用軟硬件協(xié)同設計方法。

這首先需要了解最適合支持靈活、可靠且可現(xiàn)場升級的量子能力的硬件。其中一種解決方案是量子隨機數(shù)發(fā)生器（QRNG）——這類設備利用光子或其他亞原子粒子的固有隨機特性，生成真正不可預測的數(shù)字序列。QRNG將量子能力的潛在威脅轉化為保護方案，既能產(chǎn)生高質量的熵，又能保持來源可追溯性和可驗證性。這種高效的隨機數(shù)生成能力是規(guī)模化PQC運算的關鍵，可在不犧牲性能或帶寬的前提下生成隨機加密密鑰。

除QRNG之外，開發(fā)者還應在其PQC基礎設施中采用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）。FPGA配備專用數(shù)字信號處理（DSP）模塊，可通過編程支持計算密集型算法，既能作為協(xié)處理器與其他片上系統(tǒng)（SoC）設備協(xié)同工作，又能充當全棧信任錨，同時支持在中層實現(xiàn)更靈活的算法部署，以及在頂層適配區(qū)域性/混合應用。這類器件本身具備可現(xiàn)場升級特性，能夠實現(xiàn)面向未來的PQC模型所需的密碼敏捷性和規(guī)模化靈活性。

量子計算帶來的安全挑戰(zhàn)不是“是否發(fā)生”，而是“何時發(fā)生”。由于“先竊取后解密”（HNDL）風險太大了，所以現(xiàn)在廠商都在行動中。隨著強制時間表的公布，可以預見未來新產(chǎn)品后量子加密會是一個強制的功能，配套的加速器可能也會成為主流的配置。

參考文獻

[1]ST：https://mp.weixin.qq.com/s/S9XIun1ywFPk229_iU6VMg

[2]NXP：https://www.nxp.com.cn/company/about-nxp/smarter-world-blog/BL-SECURING-TOMORROW-PQC-STRATEGY

[3]Microchip：https://www.microchip.com/en-us/about/media-center/blog/2025/post-quantum-cryptography-harvest-now-decrypt-later

[4]Lattice：https://www.latticesemi.com/zh-CN/Blog/2025/06/27/05/53/Building-a-Strong-and-Flexible-Foundation-for-Post-Quantum-Security

[5]金融電子化：https://mp.weixin.qq.com/s/vC-hhhn6GQ_EuXSww_vhOw

[6]后量科技：https://mp.weixin.qq.com/s/IKwVoZNM6_SmXit8TOkUpA

[7]國民技術：https://www.nationstech.com/about/news/product/7223.html

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