后量子加密时代拉开帷幕，这些MCU已经准备好了

电子发烧友网报道（文 / 吴子鹏）量子计算的出现对现代密码学构成巨大挑战，威胁着传统密码系统的安全性，可能导致现有加密协议过时，进而危及金融、医疗保健和国家安全等多个领域的敏感信息安全。研究人员指出，若量子计算机实现大规模应用，现代密码学体系的崩塌将成为必然。

很多人可能觉得量子计算时代尚远，最快也需 3-5 年才会有具体落地场景。英伟达首席执行官黄仁勋此前更表示，量子计算要达到 “非常实用” 的状态，还需要 15-30 年。但事实上，我国第三代自主超导量子计算机 “本源悟空” 已正式上线；国际层面，微软、亚马逊等科技巨头也相继发布了自研量子计算芯片，量子计算的落地进程正加速推进。

现代密码学主要通过加密算法保障数据的机密性、完整性与真实性。常见加密算法包括对称加密（如 AES）、非对称加密（如 RSA）和哈希函数（如 SHA），这些算法的安全性依赖于大整数分解、离散对数等复杂数学问题。但在量子计算面前，这些传统算法显得极为脆弱。

后量子密码学的核心价值

量子计算的本质在于其独特的计算范式。与传统计算机使用二进制比特（仅能表示 0 或 1）不同，量子计算机利用的量子比特（qubit）可同时处于 0 和 1 的叠加态。这种叠加态结合量子纠缠特性，使量子计算机在处理特定问题时展现出指数级的计算优势。

这一优势直接冲击传统加密体系，其中最受产业界担忧的是 Shor 算法与 Grover 算法。Shor 算法能在多项式时间内解决大整数分解和离散对数问题，直接威胁 RSA、ECC 等广泛应用的非对称加密算法；而 Grover 算法可将对称加密算法的破解时间从 2^128 缩短至 2^64，大幅削弱 AES-256 等主流对称加密算法的安全性。

更值得警惕的是 “现在截获，未来解密”（Harvest Now, Decrypt Later，HNDL）攻击模式。该模式下，攻击者可当前截获政府通信、金融交易、医疗隐私等加密数据并存储，无需即时破解；待未来通用量子计算机成熟后，再回溯解密这些历史数据，导致当前的 “长期敏感数据”（如军事机密、个人身份信息）失去保密性。这种威胁对国防、金融、政务等 “数据生命周期长” 的领域尤为致命，也是全球推动 “抗量子密码学（PQC）标准化” 的核心动因之一。

而 MCU（微控制单元）被认为是攻击者的重点关注对象。MCU 凭借低功耗、低成本和广泛的应用场景，成为物联网设备、智能终端和工业控制系统的 “大脑”，但这些特性也使其在加密安全方面面临独特挑战：

资源受限：MCU 通常具备有限的处理能力、内存和功耗，对后量子加密算法的复杂度存在严格限制；
部署广泛：从汽车 ECU 到智能电表，MCU 的部署规模庞大，安全升级的操作复杂度极高；
生命周期长：许多 MCU 产品的设计使用寿命长达 10-15 年，而量子计算的威胁正持续逼近；
安全边界模糊：MCU 常作为系统安全的 “第一道防线”，一旦被攻破，整个系统的安全性将荡然无存。

搭载抗量子算法的 MCU 产品落地

尽管挑战重重，但 MCU 作为数据采集和处理的 “神经末梢”，其加密体系的安全性直接关系到整个系统数据的长期安全。若 MCU 未采用量子安全加密方案，即便数据在传输过程中看似安全，未来仍可能被量子计算机解密，导致敏感信息泄露。

面对量子计算的威胁，后量子密码学（PQC）应运而生。NIST（美国国家标准与技术研究院）已选定 CRYSTALS-Kyber、CRYSTALS-Dilithium 和 SPHINCS 等算法作为标准化后量子加密方案，这些算法基于格理论、哈希函数和编码理论，能够有效抵抗量子计算机的攻击。在 MCU 领域，搭载后量子密码（抗量子密码）已成为产品升级的关键方向，产业界已涌现出多款代表性产品。

国际厂商布局

意法半导体目前拥有丰富的支持后量子加密（PQC）的产品矩阵。例如，基于 Arm Cortex-M 内核和 Cortex-A 内核的 STM32 MCU 与 MPU、SPC5 32 位汽车 MCU 及 Stellar 32 位汽车 MCU，均配备 SHA-3 加速器，可支持后量子加密软件库。此外，该公司正在开发的新产品将集成优化的 PQC 加密加速器和加密库，旨在实现先进安全性、认证功能与卓越性能的完美结合。

Microchip 推出的 MEC175xB 系列嵌入式控制器，基于 Arm Cortex-M4F 处理器内核打造，采用模块化设计思路，帮助开发者高效集成后量子加密功能，在确保长期数据保护的同时，不影响现有功能正常运行。该系列整合了符合 CNSA 2.0 标准的模块格结构数字签名算法（ML-DSA）、基于 Merkle 状态哈希的 Leighton-Micali 签名（LMS）验证，以及 NIST 标准化的模块格结构密钥封装机制（ML-KEM），为长期数据安全提供多重保障。

恩智浦的 S32K5 系列 MCU 是全球首款采用 16nm FinFET MRAM 工艺的车规级 MCU，搭载 Arm Cortex-M7 和 Cortex-R52 内核，提供单核、多核及锁步内核配置选项。该系列 MCU 具备多层硬件隔离、安全恢复功能及硬件安全引擎（HSE），支持后量子安全特性，符合 ASIL D 安全等级标准，适用于开发安全可靠的区域控制器。

国内厂商突破

国内厂商也积极布局相关产品，实现技术自主创新。国芯科技推出的高性能汽车智能域控 AI MCU 芯片 CCFC3009PT，采用 RISC-V 架构 6 6 核设计，算力超过 10000 DMIPS。该芯片搭载的 HSM（硬件安全模块）子系统不仅显著提升基础加解密性能，更集成了符合 FIPS 203、FIPS 204 标准的抗量子密码算法，构建起面向未来的全方位车载安全防护体系。

芯弛 E3650 专为新一代跨域融合的控制型 ZCU（区域控制单元）应用设计，采用最新的 Arm Cortex-R52 高性能锁步多核集群。基于该芯片的解决方案，可获得伊世智能提供的 PQC 硬件 IP 与 HSM 固件保护。伊世智能自主研发的 PQC 硬件加速模块支持 Kyber、Dilithium、Sphincs 等 NIST 标准算法，能够抵御 Shor 算法攻击。通过双方合作，集成双模加密引擎（支持 Kyber 密钥封装与 Dilithium 数字签名）的硬件信任根，将赋能 E3650 更好地满足区域控制器、底盘域控制器、智能驾驶域控制器在后量子密码算法保护下的毫秒级响应需求。

结语

后量子加密时代的到来，既是技术迭代的必然趋势，也是全球数字安全体系重构的关键契机。MCU 作为物联网、汽车电子、工业控制等领域的核心节点，其抗量子能力直接决定了海量敏感数据的长期安全，更是抵御 “现在截获，未来解密” 攻击的第一道防线。从 NIST 敲定 PQC 标准算法，到意法半导体、恩智浦、Microchip 等国际巨头推出搭载专用加速器或加密库的产品，再到国芯科技、芯弛等国内厂商凭借自主架构实现技术突破，产业界已形成 “标准引领 — 硬件适配 — 场景落地” 的完整闭环，印证了后量子加密在 MCU 领域的规模化应用已是大势所趋。