密码学之战：区块链 v.s.量子计算

“在量子计算面前，人类的预测似乎显得过于乐观：十年前，人们说量子计算要达到现在的状态需要50年；五年前，他们说至少需要25年；现在人们又说，量子计算打败比特币需要5到10年……”

过去的30年，物理学家在构建实用型量子计算机方面取得了巨大的进步。如今，量子计算机不断进化的惊人处理速度，使它可以在每一天都宣布自己达成一个新的里程碑。

2019年10月23日，Google在《Nature》杂志发布了 “使用可编程超导处理器的量子至上性”实验的结果：

Google AI量子团队开发了一种名为“ Sycamore”的新型54比特处理器，该处理器能在200秒内完成目标计算。

而根据实验结果，要想完成相同的目标计算，目前世界上最快的超级计算机需要10000年。

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区块链与传统密码学

我们知道，目前区块链网络使用的是传统密码学方法，随机创建一个256位数作为私钥，通过椭圆曲线算法生成公钥。

举个例子：当发起交易时，发送者用自己的私钥对这笔交易签名，并用接收者的公钥对交易进行加密；由于椭圆曲线的不可逆性，接收者只能通过自己的私钥解密这笔交易。这个过程的核心在于要确保：除了接收者本人、任何其他人都不会得到接收者的私钥。

在现代加密系统中，破解私钥通常需要弄清楚最开始生成这个随机数所选用的因子，而该随机数是两个疯狂大的质数的乘积。破解的范围是如此之大，以至于在现有计算机的处理能力下，计算所需的时间要比整个宇宙的寿命还要长。

这看上去似乎无懈可击，然而这种加密技术有其天然的脆弱性：正因为私钥一旦创建则恒定不变，这种确定性恰好是比破解不确定动量因子更容易的地方；此外，摩尔定律不断挑战着现代计算机的处理能力；更为重要的是，数学家正在不断开发新的算法，以简化因式分解。

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未来的杀手级系统

量子密码学是使用物理学来开发一种完全安全的密码系统，从而保护消息的发送者和接收者。量子一词本身是指物质和能量的最小粒子的基本单位。

与传统密码学相比，量子密码学更多地依赖物理而不是数学作为底层的安全模型：量子密码术使用光子来传输密钥，一旦密钥被发送，就可以使用普通密钥方法进行编码和编码。

每种类型的光子自旋代表一条信息。例如：一段二进制代码11100100110可以对应于h-e-l-l-o。通过为每个光子分配一个二进制代码，密钥被加密为一系列光子，这些光子在信息发送者和接收者之间传递。

根据海森堡于1927年提出的不确定性原理（Uncertainty principle），你不可能同时知道一个粒子的位置和它的速度，粒子位置的不确定性，必然大于或等于普朗克常数。

简单来说，在量子密码体系下，想要破解密钥，必须在不改变且不破坏它们的情况下得到这些光子。也就是说，窃听者使用什么技术都没关系，他们永远也无法打破物理定律。

包括比特币架构的区块链网络都依赖于两种算法：用于数字签名的椭圆曲线算法ECDSA和作为哈希函数的SHA-256。

一台量子计算机可以使用Shor算法来从公钥中获取私钥（关注公众号，回复“算法”，获取Shor算法的完整研究报告）。一个256位的私钥大约需要1600个量子位来破解，Google目前推出的Sycamore处理器具有54个量子位，这意味着至少在当下，Sycamore还无法破解比特币。

尽管目前区块链应用所使用的本地加密算法是安全的，这并不代表区块链从业者们可以高枕无忧。事实是，量子技术的发展速度正在不断提高：

• 十年前，人们说量子计算要达到现在的处理能力需要至少50年；
• 五年前，人们又说量子计算机想要到达54量子位至少需要25年；
• 现在人们说，量子计算打败比特币需要5到10年...

然而量子计算打败比特币真的需要5~10年吗？谷歌的研究人员表示：“我们预计它的计算能力将继续以双倍的速度增长。”

随着量子计算机的发展使其功能强大到足以损害当今区块链的完整性时，区块链将不得不发展，区块链网络将开始接受量子计算机的Shor算法。

而到那时，拥有量子矿机的企业或将统治整个区块链网络。

Nothing is unbreakable.

——End——

（作者：修恩笔记，内容来自链得得内容开放平台“得得号”；本文仅代表作者观点，不代表链得得官方立场）