十年內(nèi)量子計算機(jī)將能夠破解區(qū)塊鏈的密碼

到2025年，全球國內(nèi)生產(chǎn)總值的10%可能會儲存在區(qū)塊鏈上。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N數(shù)字工具，使用加密技術(shù)來保護(hù)信息不受未經(jīng)授權(quán)的更改。區(qū)塊鏈相關(guān)產(chǎn)品從金融、制造業(yè)到醫(yī)療保健，在價值超過1500億美元的市場上隨處可見。

當(dāng)信息變成資產(chǎn)時，數(shù)據(jù)安全、透明度和問責(zé)制就變得至關(guān)重要。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N安全的數(shù)字記錄或分類賬。它是由全球用戶共同維護(hù)的，而不是由一個中央管理機(jī)構(gòu)來維護(hù)。諸如是否在分類帳上增加一個分錄（或區(qū)塊）之類的決定是基于共識的協(xié)議的——所以個人信任不包含其中。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的任何一方都可以通過簡單的計算來檢查總賬的完整性。

但在十年內(nèi)，量子計算機(jī)將能夠破解區(qū)塊鏈的密碼。

單向代碼

區(qū)塊鏈的安全依賴于“單向”數(shù)學(xué)函數(shù)。在傳統(tǒng)計算機(jī)上運(yùn)行這些程序非常簡單，而且很難進(jìn)行反向計算。例如，用兩個大素數(shù)相乘很容易，但要找到給定產(chǎn)品的素因子卻很困難——這可能需要一臺傳統(tǒng)的計算機(jī)計算多年才能解決。

這些函數(shù)用于生成數(shù)字簽名，區(qū)塊鏈用戶引用這些簽名向其他人驗(yàn)證自己的身份。這些東西很容易檢查，而且很難偽造。單向函數(shù)還用于驗(yàn)證區(qū)塊鏈分類帳中的事務(wù)歷史。哈希值是數(shù)位的短序列，由現(xiàn)有的分類帳和要添加的塊組合派生；每當(dāng)條目的內(nèi)容發(fā)生更改時，哈希值就會相應(yīng)的改變。同樣，查找一個塊的哈希值（處理添加記錄的信息）相對容易，但要選擇一個產(chǎn)生特定哈希值的塊則比較困難。這將需要反轉(zhuǎn)過程來派生產(chǎn)生哈希值的信息。

比特幣還要求哈希值符合數(shù)學(xué)計算條件。任何想在分類帳上增加一個塊的人都必須讓他們的計算機(jī)在達(dá)到那個條件之前進(jìn)行隨機(jī)搜索。這個過程減慢了塊的添加速度，給了網(wǎng)絡(luò)中每個人記錄和檢查所有內(nèi)容的時間。它還阻止任何個人壟斷網(wǎng)絡(luò)管理，因?yàn)槿魏尉哂凶銐蛴嬎隳芰Φ娜硕伎梢载暙I(xiàn)塊。

然而，在10年內(nèi)，量子計算機(jī)將能夠計算出單向函數(shù)，包括用于保護(hù)互聯(lián)網(wǎng)和金融交易的區(qū)塊鏈。廣泛部署的單向加密函數(shù)將立即過時。

信息安全曾經(jīng)面臨過大滅絕。例如，在第二次世界大戰(zhàn)期間，德國的軍事信息使用Enigma機(jī)器進(jìn)行編碼和解密，最初給軸心國帶來了優(yōu)勢，直到盟軍破譯了Enigma密碼。在1997年，數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)——一種加密電子數(shù)據(jù)的算法在一場公開競賽中被打破，這就足以證明其缺乏安全性。這引發(fā)了開發(fā)新協(xié)議的第二次競爭，從而產(chǎn)生了今天的高級加密標(biāo)準(zhǔn)。

量子計算機(jī)的優(yōu)勢

量子計算機(jī)利用物理效應(yīng)，例如狀態(tài)的疊加和糾纏，來執(zhí)行計算任務(wù)。它們目前的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)計算機(jī)，但很快就能在某些任務(wù)上超過它們。一個這樣的例子就是破壞了基于密碼算法的安全協(xié)議，正如數(shù)學(xué)家彼得·肖爾在1994年指出的那樣。區(qū)塊鏈正面臨這種風(fēng)險，單向函數(shù)是其唯一的防御手段——用戶需要保護(hù)是數(shù)字簽名，而銀行客戶則受到塑料卡、安全問題、身份檢查和人工出納的保護(hù)。

因此，數(shù)字簽名的破解是最緊迫的威脅。配備量子計算機(jī)的不法分子可以利用肖爾的算法偽造任何數(shù)字簽名，模擬用戶并盜用他們的數(shù)字資產(chǎn)。大多數(shù)專家認(rèn)為，這一壯舉將需要一臺通用量子計算機(jī)（能夠進(jìn)行各種各樣的計算），但這需要十多年的時間才能實(shí)現(xiàn)。然而，一些研究人員認(rèn)為，利用新興的量子計算設(shè)備，比如D-Wave、谷歌和其他4，5家計算公司開發(fā)的設(shè)備，這種情況可能很快就會發(fā)生。

量子計算機(jī)將很快找到解決方案，有可能使少數(shù)擁有量子計算機(jī)的用戶能夠?qū)彶榻灰?，并壟斷比特幣賬簿（即所謂的采礦）上添加的區(qū)塊。這些當(dāng)事人可以破壞交易，防止自己的交易被記錄或重復(fù)使用。一個國際研究小組強(qiáng)調(diào)了此類襲擊的可能影響，今年早些時候的一份報告描繪了這些威脅，并提出了可能的解決辦法。

如果不更新協(xié)議，一旦量子計算機(jī)可用，加密貨幣就會崩潰。

提高安全性

幸運(yùn)的是，量子技術(shù)也提供了提高區(qū)塊鏈安全性和性能的機(jī)會。

量子安全加密 ：量子通信本質(zhì)上是經(jīng)過認(rèn)證的——沒有用戶可以模仿他人。這種技術(shù)利用單個光粒子（光子）的狀態(tài)對比特進(jìn)行編碼并進(jìn)行通信?；A(chǔ)物理學(xué)規(guī)定，量子態(tài)不能在不改變的情況下復(fù)制或測量。任何竊聽者都會立即被發(fā)現(xiàn)。

量子密碼學(xué)可以代替經(jīng)典的數(shù)字簽名。然而，量子密碼網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和成本將限制其應(yīng)用。特別是，目前的協(xié)議要求網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)通過光纖通道連接到其他節(jié)點(diǎn)，因?yàn)槿魏沃虚g節(jié)點(diǎn)都不可信，因此所有通信都必須是直接的。即使信息流經(jīng)不可靠的節(jié)點(diǎn)，但也需要協(xié)議來維護(hù)安全通信;這些系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)出來，但需要讓消費(fèi)者更容易使用。

光纖中的光子損耗是另一個挑戰(zhàn)。這些限制了現(xiàn)代量子分配系統(tǒng)長達(dá)幾十公里的范圍。其解決方案是開發(fā)一種量子中繼器，利用量子隱形傳態(tài)和量子光學(xué)存儲器在通信雙方之間分配糾纏態(tài)。研究正在進(jìn)行中，但要實(shí)現(xiàn)一種實(shí)用的設(shè)備還有很長的路要走。

在此期間，應(yīng)該加強(qiáng)單向職能。目前，提出了一些替代加密功能，這些功能使用傳統(tǒng)計算機(jī)或量子計算機(jī)也同樣難以逆轉(zhuǎn)。雖然不是完全安全的，但它們可以在現(xiàn)有的硬件上運(yùn)行，并可以爭取時間，但從長遠(yuǎn)來看，它們也可以被破譯。

量子互聯(lián)網(wǎng)： 使用量子技術(shù)進(jìn)行通信以及區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的計算處理將進(jìn)一步提高安全性，使區(qū)塊鏈變得更快、更高效。這一步需要一個“量子互聯(lián)網(wǎng)”——通過量子通信網(wǎng)絡(luò)連接量子計算機(jī)。這樣就有可能完全運(yùn)行量子區(qū)塊鏈。這些步驟將繞過目前核查和協(xié)商一致過程中一些計算密集的步驟，從而更有效率和更安全。提出的量子比特幣可以實(shí)現(xiàn)，量子力學(xué)的非克隆定理保證了它的安全性。這樣的量子“紙幣”如果在未來仍然被證明是必要的，那么通過包含量子信息記錄，就不可能偽造。

距離量子互聯(lián)網(wǎng)還有幾十年的時間，因此“盲目的量子計算”只是一個過渡階段。在這種情況下，使用傳統(tǒng)計算機(jī)的用戶可以在遠(yuǎn)程量子計算機(jī)上運(yùn)行算法，而無需共享輸入數(shù)據(jù)或算法。這項(xiàng)技術(shù)將使公共云量子計算平臺成為可能，使區(qū)塊鏈更便宜、更易于使用。

下一個步驟

區(qū)塊鏈業(yè)務(wù)需要更新其現(xiàn)有軟件，以使用單向加密函數(shù)，而使用傳統(tǒng)計算機(jī)或量子計算機(jī)同樣難以逆轉(zhuǎn)這些功函數(shù)。在這些后量子解決方案建立或標(biāo)準(zhǔn)化之前，平臺必須是靈活的，能夠在fly12上改變加密算法。

長期的解決方案必然是發(fā)展和擴(kuò)大量子通信網(wǎng)絡(luò)，隨后是量子互聯(lián)網(wǎng)。這將需要政府的重大投資。然而，各國也將從提供的更大的安全保障中獲益。例如，加拿大將其人口普查數(shù)據(jù)保密了92年，這個做法只有量子密碼學(xué)才能保證。政府機(jī)構(gòu)可以使用量子安全區(qū)塊鏈平臺來保護(hù)公民的個人財務(wù)和健康數(shù)據(jù)。在量子技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的國家，如中國、美國和歐盟成員國，將是最早采用量子技術(shù)的國家。他們應(yīng)該立即投資于研究。例如，將區(qū)塊鏈成為歐洲量子密鑰分發(fā)測試平臺項(xiàng)目的一個案例研究。

需要對這些風(fēng)險給予更大的緊迫性，因?yàn)樗鼈兊挠绊懯侵卮蟮摹?/p>