密碼學之戰:區塊鏈 v.s.量子計算
密碼學之戰:區塊鏈 v.s.量子計算
來源: 鏈得得APP 發布時間: 2019-11-19

     “在量子計算面前,人類的預測似乎顯得過于樂觀:十年前,人們說量子計算要達到現在的狀態需要50年;五年前,他們說至少需要25年;現在人們又說,量子計算打敗比特幣需要5到10年……”

     過去的30年,物理學家在構建實用型量子計算機方面取得了巨大的進步。如今,量子計算機不斷進化的驚人處理速度,使它可以在每一天都宣布自己達成一個新的里程碑。

    2019年10月23日,Google在《Nature》雜志發布了 “使用可編程超導處理器的量子至上性”實驗的結果:

    Google AI量子團隊開發了一種名為“ Sycamore”的新型54比特處理器,該處理器能在200秒內完成目標計算。

    而根據實驗結果,要想完成相同的目標計算,目前世界上最快的超級計算機需要10000年。

01  區塊鏈與傳統密碼學

我們知道,目前區塊鏈網絡使用的是傳統密碼學方法,隨機創建一個256位數作為私鑰,通過橢圓曲線算法生成公鑰。

舉個例子:當發起交易時,發送者用自己的私鑰對這筆交易簽名,并用接收者的公鑰對交易進行加密;由于橢圓曲線的不可逆性,接收者只能通過自己的私鑰解密這筆交易。這個過程的核心在于要確保:除了接收者本人、任何其他人都不會得到接收者的私鑰。

在現代加密系統中,破解私鑰通常需要弄清楚最開始生成這個隨機數所選用的因子,而該隨機數是兩個瘋狂大的質數的乘積。破解的范圍是如此之大,以至于在現有計算機的處理能力下,計算所需的時間要比整個宇宙的壽命還要長。

這看上去似乎無懈可擊,然而這種加密技術有其天然的脆弱性:正因為私鑰一旦創建則恒定不變,這種確定性恰好是比破解不確定動量因子更容易的地方;此外,摩爾定律不斷挑戰著現代計算機的處理能力;更為重要的是,數學家正在不斷開發新的算法,以簡化因式分解。

02  未來的殺手級系統

量子密碼學是使用物理學來開發一種完全安全的密碼系統,從而保護消息的發送者和接收者。量子一詞本身是指物質和能量的最小粒子的基本單位。

與傳統密碼學相比,量子密碼學更多地依賴物理而不是數學作為底層的安全模型:量子密碼術使用光子來傳輸密鑰,一旦密鑰被發送,就可以使用普通密鑰方法進行編碼和編碼。

每種類型的光子自旋代表一條信息。例如:一段二進制代碼11100100110可以對應于h-e-l-l-o。通過為每個光子分配一個二進制代碼,密鑰被加密為一系列光子,這些光子在信息發送者和接收者之間傳遞。

根據海森堡于1927年提出的不確定性原理(Uncertainty principle),你不可能同時知道一個粒子的位置和它的速度,粒子位置的不確定性,必然大于或等于普朗克常數。

簡單來說,在量子密碼體系下,想要破解密鑰,必須在不改變且不破壞它們的情況下得到這些光子。也就是說,竊聽者使用什么技術都沒關系,他們永遠也無法打破物理定律。

包括比特幣架構的區塊鏈網絡都依賴于兩種算法:用于數字簽名的橢圓曲線算法ECDSA和作為哈希函數的SHA-256。

一臺量子計算機可以使用Shor算法來從公鑰中獲取私鑰(關注公眾號,回復“算法”,獲取Shor算法的完整研究報告)。一個256位的私鑰大約需要1600個量子位來破解,Google目前推出的Sycamore處理器具有54個量子位,這意味著至少在當下,Sycamore還無法破解比特幣。

盡管目前區塊鏈應用所使用的本地加密算法是安全的,這并不代表區塊鏈從業者們可以高枕無憂。事實是,量子技術的發展速度正在不斷提高:

十年前,人們說量子計算要達到現在的處理能力需要至少50年;

五年前,人們又說量子計算機想要到達54量子位至少需要25年;

現在人們說,量子計算打敗比特幣需要5到10年...

然而量子計算打敗比特幣真的需要5~10年嗎?谷歌的研究人員表示:“我們預計它的計算能力將繼續以雙倍的速度增長。”

隨著量子計算機的發展使其功能強大到足以損害當今區塊鏈的完整性時,區塊鏈將不得不發展,區塊鏈網絡將開始接受量子計算機的Shor算法。

而到那時,擁有量子礦機的企業或將統治整個區塊鏈網絡。

Nothing is unbreakable.

——End——

(作者:修恩筆記,內容來自鏈得得內容開放平臺“得得號”;本文僅代表作者觀點,不代表鏈得得官方立場)

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