隱私通訊軟體Signal協定升級三棘輪演算法，更能抵禦量子攻擊

隱私通訊軟體Signal宣布，在其協定中導入SPQR（Sparse Post-Quantum Ratchet），並與既有的雙棘輪（Double Ratchet）演算法共同運作，形成三棘輪（Triple Ratchet）的混合式設計，目標是在不犧牲原有前向保密（Forward Secrecy）與入侵後安全（Post-Compromise Security）的前提下，提高對具量子能力攻擊者的抵禦能力。

新版規格已納入官方技術文件，雙棘輪與SPQR同時產生訊息金鑰，再以金鑰衍生函式（KDF）混合為實際加解密金鑰，攻擊者需同時破解橢圓曲線與後量子機制才可能得逞。

Signal協定安全核心在於棘輪機制，透過不斷更換金鑰，讓過去訊息不會因未來金鑰洩漏而曝光，也能在遭入侵後逐步恢復安全。不過，原本使用的橢圓曲線密碼學在量子電腦面前不再可靠，要是攻擊者能利用量子運算解開金鑰，整個對話將無法恢復入侵後安全，而這正是官方引入SPQR的原因。

SPQR採用NIST標準化後量子金鑰封裝機制（ML-KEM），新增一條以KEM為基礎的公開棘輪，與既有ECDH棘輪並行。傳統ECDH金鑰交換只需數十位元組，但ML-KEM的封裝金鑰（Encapsulation Key，EK）與密文（Ciphertext，CT）分別超過1 KB，如何在行動網路與跨區通訊環境下有效傳輸，是設計上的挑戰。Signal以狀態機來協調雙方傳輸時序，並結合抹除碼（Erasure Code），將大型金鑰拆分為小片段夾帶於訊息中，只要收齊足量片段即可還原。這種方式既能降低流量衝擊，也能抵抗惡意攻擊者選擇性丟棄特定封包。

三棘輪的重點並非完全替換舊的方法，而是混合。訊息金鑰來源同時來自既有的雙棘輪與新的SPQR，最後再透過金鑰衍生函式（KDF）混合成實際用於加解密的金鑰。也就是說，攻擊者必須同時破解傳統橢圓曲線與後量子機制，才可能推算出密文，大幅提高攻擊難度。

對使用者而言，這項更新無需任何操作，訊息會在背景中逐步轉換至新協定。即便對方尚未支援SPQR，協定仍能自動降級維持通訊，等雙方客戶端都完成更新後，就會全面啟用三棘輪演算法。官方表示，未來當所有裝置支援後，Signal將強制所有對話使用SPQR，並封存未受保護的舊對話。

Signal同時強調，這次更新不僅依循學術研究成果，也在工程層面導入形式驗證。透過ProVerif建模、hax與F*工具鏈，每次程式碼更新都會自動驗證協定邏輯與實作的正確性，避免因實作錯誤破壞安全性。