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量子计算与区块链:对密码学的影响

区块链及其应用的主要卖点是,考虑到当前的计算技术状态加密安全的分布式分类帐在正常情况下几乎“牢不可破”。然而,它的有效性在很大程度上取决于“技术状态”假设。如果计算发生模式转变,现代基于区块链的系统可能会变得容易受到设计中未考虑的威胁。但是,这种情况在短期内发生的威胁有多紧急?

物理学家在过去三十年中为构建可操作的量子计算机而取得的进展很快就会促成这种转变。作为一个里程碑,称为“量子至上”,量子计算机在特定任务上胜过传统计算机,现在可以在任何一天到达  ,基于量子的设备是否能够“杀死”区块链的问题成为人们关注的焦点。 。 

量子计算的入门读物

量子计算机是使用量子力学的原理来执行计算的任何装置。为了存储和操作信息,常规计算机使用称为位的二进制单元,它可以表示两种可能状态之一:0或1.量子机器依赖量子位(或量子位),它们可以同时为0和1 。这种称为叠加的现象  允许这些设备比基于比特的设备更快地执行某些任务。

量子理论中的另一个基本术语是  纠缠当两个粒子纠缠在一起时,它们存在于相同的量子状态,并且如果提示其对等体相应地改变状态则改变状态,无论两者在物理空间中有多远。以这种方式配对量子比特导致量子计算机的计算能力呈指数增长。

进行计算所必需的叠加状态难以实现且难以维护。物理学家使用激光和微波束将量子比特置于这种工作状态,然后采用一系列技术来保持它免受最轻微的温度波动,噪声和电磁波的影响。由于工作条件的脆弱性,目前的量子计算机非常容易出错,在大多数操作可以执行之前,它在一个称为退相干的过程中消失  

量子计算能力取决于机器可以同时利用多少量子位。从20世纪90年代末的第一次实验中获得的两个量子比特开始,目前由谷歌运营的最强大的量子计算机可以使用多达72个量子比特。

量子计算机和区块链

承认所有传统  保留意见,区块链的不可变性和无与伦比的安全性的想法被广泛接受:它是公众对数字资产的信任并促进大规模采用的基础。然而,量子计算的出现可能会危害公钥加密的完整性,公钥加密是区块链安全的支柱。

虽然量子计算机的潜在应用范围很广,但在区块链技术和密码学的背景下最相关的一个是比任何现有的超级计算机更快地运行特定算法的能力。最广泛讨论的推测用例之一是运行着名的  Shor算法进行因子分解,这可能会使许多当代加密技术过时。

俄罗斯量子中心的一组研究人员在“自然”杂志一篇文章中观察到,一个潜在的风险源于区块链安全严重依赖于单向数学函数的事实 - 这些函数易于运行,但更加困难反向计算。这些功能用于生成数字签名和验证分类帐上的交易。

配备功能性量子设备的罪犯将能够以极快的速度执行反向计算,这将使他们能够伪造签名,冒充其他用户并获得对其数字资产的访问权。在挖掘的背景下,这样的恶意行为者可以接管更新分类账,操纵交易历史和双倍花钱的过程。

俄罗斯研究人员建议加密系统的架构师应立即开始采取预防措施。一种解决方案可能是用量子抗性密码取代传统的数字签名 - 这种安全算法专门设计用于抵御来自足够强大的量子计算机的攻击。俄罗斯物理学家提出的另一种补救措施只有在量子互联网出现的情况下才可用,而量子互联网仍然存在几十年之后。这种基于远程纠缠量子粒子之间连接的预期无线通信架构将解锁大量新的区块链模型和设计。

这与新西兰维多利亚大学的Del Rajan和Matt Visser在最近的一篇研究论文中表达的令人费解的想法有些一致  他们提出放弃使用量子加密技术,并直接跳跃使区块链成为一个基于量子的系统。他们的模型描述了一个基于量子比特的区块链,它不仅在空间中纠缠,而且在时间上纠缠在一起。如果不完全破坏粒子,那么回顾性地改变由单个粒子的状态随时间变化的历史编码的交易记录的尝试是不可能的。然而,在量子互联网启动并运行之前,这种模型的实现是不可能的。

从业者称重

虽然学术界提出的未来主义解决方案可能需要几十年的时间,但量子计算和量子密码学的大量实践研究和开发正在进行中。Cointelegraph调查的量子计算应用专家对量子威胁的直接性有不同的看法。麻省理工学院研究员兼首席执行官兼预测分析平台Endor Protocol的联合创始人Yaniv Altshuler说:

“量子计算机变得异常强大,而且它们的发展速度超过了大多数人的预期。但是,他们的能力不会破坏区块链。每年,当新硬件发布时,它重新引发了对区块链完整性的担忧,但没有证据表明量子计算可能会破坏区块链。“

量子计算公司IonQ的首席运营官斯图尔特艾伦认为,当量子计算机变得足够强大以危及当今区块链的完整性时,安全系统将转向能够包含它们的算法:

“量子计算机在短期内没有打破区块链密码的真正威胁。如果确实发生这种情况,密码学将转向更多量子证明算法。量子计算机能够打破区块链密码学至少十年了。“

然而,其他人并不完全赞同这种乐观的看法。

ILCoin的执行经理Norbert Goffa对量子供电矿池的潜在出现表达了他的担忧:

“如果有人拥有基于量子的矿池,那么很容易控制其他人。[...]今天我们没有任何基于量子的采矿机器。另一方面,许多公司一直致力于基于量子的计算技术。我们相信在未来五年内它可能是真实的。也许更少,谁知道呢?“

QBRICS公司首席执行官兼联合创始人Rakesh Ramachandran强调,量子计算几乎可以在几乎所有使用密码学的领域产生影响。他说,在区块链技术的情况下,我们可能会发生系统性转变:

“量子计算机不仅会重新定义区块链的密码学,而且还会重新定义加密应用的密码学,包括网上银行网站等简单的东西。正在进行大量研究和工作以减轻影响并转向量子抗性密码术或后量子密码术。 

“然而,区块链的挑战不仅仅是量子计算所代表的威胁,还有区块链如何迁移到新版本的密码学的范围。”

在量子计算机对区块链的完整性构成威胁之前,所有专家都提供了令人惊讶的类似估计,即我们有多少时间在5到10年的范围内变化。他们在处理潜在的量子攻击方面的方法也相当一致:大多数人都同意逐步转向量子抗性加密技术,以及建立支持它的基础设施。区块链必须发展,但量子计算技术不太可能从根本上威胁它们的存在。
作者:Kirill Bryanov

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