長生命週期設備的 PQC 挑戰:當硬體壽命超過密碼技術生命週期

TL;DR

實體設備通常會經歷較長的技術生命週期。在設備仍可正常運作的期間,其內建的密碼技術卻可能已需要更新。

這對後量子密碼學(Post-Quantum Cryptography, PQC)轉移帶來特殊挑戰。設備的密碼功能可能與韌體、硬體安全元件、設備憑證、通訊協定或供應商控制的系統緊密整合,無法像一般軟體一樣快速更新。

因此,對於使用長生命週期設備的企業而言,在規劃 PQC 轉移與量子準備度(Quantum Readiness)時,除了考慮演算法本身,也需要了解設備剩餘使用年限、是否具備密碼技術更新能力,以及當軟體更新不足以完成轉移時,還有哪些選擇。

當硬體與密碼技術的生命週期不同

今天採購的設備,可能在企業逐步淘汰量子脆弱公鑰密碼技術時仍持續運作。

NIST 的 PQC 轉移計畫涵蓋硬體、軟體與服務中的量子脆弱公鑰密碼技術,也包括設備身分憑證(device identity certificates)與程式碼簽章(code signatures)等數位信任機制。這表示 PQC 轉移不只是更新網路通訊中的加密演算法。

對實體設備而言,這些密碼功能可能與韌體、開機載入程式(bootloader)、硬體安全元件、設備憑證或既有通訊協定綁定。部分元件甚至由設備供應商或第三方控制,企業本身無法直接修改。

因此,設備本身可能仍然運作正常,但支援其安全性的密碼環境已經需要改變。

為什麼長生命週期設備更難進行 PQC 轉移?

當密碼技術與實體設備緊密整合時,PQC 轉移的複雜度會提高。

部分設備受到處理能力或記憶體限制,有些設備難以進行韌體更新。密碼功能也可能依賴特定硬體元件、製造商提供的軟體,或已經無法持續更新的第三方元件。

營運技術(Operational Technology, OT)就是明顯的例子。CISA 指出,工業控制系統及其他 OT 環境可能直接或間接依賴公鑰密碼技術,用於加密、數位簽章、身分驗證與存取控制。因此,OT 擁有者、營運單位與設備供應商都需要將量子安全技術轉移納入安全規劃。

這也意味著,在伺服器上更新密碼函式庫,與更換現場設備中的密碼技術,可能是完全不同規模的工程。

系統修改難度與所需時間,也會影響企業如何判斷[密碼學風險與 PQC 轉移優先順序。

不同產業面臨的長生命週期設備問題

長生命週期設備存在於許多產業,但 PQC 轉移所面臨的限制並不完全相同。

產業可能涉及的長生命週期系統PQC 轉移考量
醫療醫療設備、影像系統、聯網臨床設備設備可能依賴製造商控制的韌體、憑證或軟體元件
關鍵基礎設施工業控制器、感測器、現場設備、OT 閘道器營運可用性、硬體限制、現場存取及 OT/IT 相依性可能限制轉移方式
金融服務HSM、支付基礎設施、ATM、安全設備PQC 轉移可能涉及專用密碼硬體,以及彼此相依的支付與信任基礎設施
政府通訊系統、身分識別基礎設施、專用設備較長的採購與技術更新週期,可能使舊系統持續運作至 PQC 轉移期間

其中,關鍵基礎設施已有較明確的官方指引。CISA 已針對 OT 發布後量子密碼學相關考量,英國 NCSC 的 PQC 轉移工作也特別指出,依賴長生命週期硬體的系統可能需要更早開始規劃。

金融基礎設施則面臨不同的問題。國際清算銀行創新中心(BIS Innovation Hub)在 Project Leap 中與多家中央銀行測試 PQC 在支付系統中的應用。相關測試涉及多個系統元件的調整,也需要處理互通性與效能問題,而非單純更換一個密碼演算法。

因此,產業與設備不同,PQC 轉移限制也會不同。共同需要確認的是:設備以及與其相連的基礎設施,能否在密碼技術需求改變時持續調整。

當設備無法直接升級時怎麼辦?

有些系統可以透過韌體、軟體或設定更新支援新的密碼技術,但其他設備可能需要修改周邊架構,甚至更換硬體。

此時,設備剩餘的使用年限會成為重要考量。

即將汰換的設備,與預計再運作十年以上的基礎設施,不一定適合採取相同的轉移方式。如果設備本身無法修改,企業還需要了解受影響的是哪一項密碼功能,以及是否能透過周邊架構降低相關風險。

NCSC 的 PQC 轉移工作建議,企業在排定優先順序時應考量系統所需的轉移時間,並特別指出長生命週期硬體可能造成的相依問題。NCSC 同時強調應及早與供應商合作,因為企業能否完成轉移,也可能取決於供應商的 PQC 準備程度。

因此,供應商支援本身也是 PQC 轉移的一部分。企業需要確認現有設備能否升級、供應商是否計畫支援 PQC,以及哪些系統最終可能必須更換。

PQC 不只是加密,數位簽章也會受到影響

長生命週期設備也說明了為什麼 PQC 轉移不能只關注資料加密。

設備可能使用公鑰密碼技術來驗證軟體、確認韌體更新、建立設備身分,或驗證通訊來源。NIST 的 PQC 轉移計畫也將設備身分憑證與程式碼簽章納入量子安全數位信任的研究範圍。

因此,即使設備的主要功能仍然正常,如果其信任機制無法支援新的密碼技術,未來要安全維護設備也可能變得更加困難。

例如,更新連線所使用的加密方式只處理了一部分問題。如果設備無法支援未來用於驗證韌體的新簽章機制,另一個密碼相依性仍然存在。

對長生命週期系統而言,加密、身分驗證、設備身分與軟體完整性都需要納入 PQC 轉移評估。這也是為什麼PQC 轉移不能只處理加密,也需要處理數位簽章。

今天採購的硬體,也需要考慮未來的密碼技術

這並不只是舊設備的問題。

今天設計或採購的硬體,可能持續運作至 PQC 轉移期間。因此,企業可以在產品設計與採購階段,提前降低未來的轉移限制。

例如,可以確認韌體與密碼函式庫是否能更新、憑證與信任儲存區(trust store)是否能更換、哪些密碼功能固定在硬體中,以及供應商預計提供安全與密碼更新多久。

這也是密碼敏捷性(crypto-agility)對長生命週期設備特別重要的原因。

PQC 並不代表完成一次演算法更換後,未來就不需要再改變。NIST 將密碼敏捷性視為在軟體、硬體、韌體、通訊協定與基礎設施中,因應密碼技術變化的能力。

對預計長期運作的設備而言,能否更換密碼技術,本身就可以成為設備生命週期需求的一部分。

把設備生命週期納入 PQC 規劃

PQC 轉移經常以標準與轉移時程來討論,但長生命週期設備還有另一條時間軸:設備本身預計使用多久。

企業除了需要了解[量子脆弱密碼技術存在於哪些系統中,也需要知道哪些系統難以修改、預計還會使用多久,以及哪些更新必須依賴設備製造商或其他供應商。

不同系統因此可能需要不同的處理方式。有些可以透過一般軟體更新完成轉移;有些可能需要調整架構、提前更換設備,或採取其他控制措施,讓既有設備安全運作至生命週期結束。

對今天正在採購設備的企業而言,同樣的問題也可以提前處理。設備安裝時所使用的密碼技術,不應自動成為它在整個使用生命週期中唯一能使用的密碼技術。

參考資料

National Institute of Standards and Technology (NIST), National Cybersecurity Center of Excellence. Migration to Post-Quantum Cryptography.
https://www.nccoe.nist.gov/applied-cryptography/migration-to-pqc

Cybersecurity and Infrastructure Security Agency (CISA). Post-Quantum Considerations for Operational Technology.
https://www.cisa.gov/resources-tools/resources/post-quantum-considerations-operational-technology

UK National Cyber Security Centre (NCSC). Post-Quantum Cryptography Migration Workshop Report. 2026.
https://www.ncsc.gov.uk/blogs/post-quantum-cryptography-pqc-migration-workshop-report

Bank for International Settlements (BIS) Innovation Hub. Project Leap Phase 2: Quantum-Proofing Payment Systems. 2025.
https://www.bis.org/publications/project-leap-phase-2-quantum-proofing-payment-systems

National Institute of Standards and Technology (NIST). Considerations for Achieving Crypto-Agility. 2025.
https://csrc.nist.gov/pubs/cswp/39/upd1/considerations-for-achieving-crypto-agility/final