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量子既出,加密难逃:寻求抗量子级加密系统已成必然

2020-01-13 17:49:00

不必担心谷歌会利用量子计算机一次性挖空剩余的所有比特币。

编者按:本文来自量化踢马河(ID:gh_e9da2a6cbc62),Odaily星球日报经授权转载。

量子霸权(Quantum Supremacy),又称量子优越性,指的是用量子计算机解决传统计算机实际上无法解决的问题,而问题本身未必需要有实际应用。量子优势(Quantum Advantage)意为量子计算机在解决实物问题上能比传统计算机更快而带来的优势。

自从谷歌在英国《自然》杂志上发表论文宣布了其已经成功演示了“量子霸权”,让量子系统花费约200秒完成传统超级计算机要花1万年才能完成的任务以后,加密货币圈子里就彻底炸开了锅,因为线上有观点传出认为量子霸权会对现在加密货币龙头的比特币造成严重威胁。其中质疑声最大的有两个:一个是“谷歌的54量子位量子处理器会超越比特币系统,从而导致比特币能够被轻易盗走”;另一个担忧则是“谷歌会利用量子计算机挖走剩余的所有比特币”。

量子盗币可行吗?

虽然谷歌和一些“量子否认者”坚称这种担忧纯属无稽之谈,但事实上,如果不改变当前比特币网络的实施方式,谷歌的54量子位量子处理器Sycamore很可能会超越比特币系统,从而可以做到窃取每个人的比特币。即便要想实现这一点或许需要十年或者数十年,但是对于比特币的开发人员来说,现在就必须要开始考虑如何解决这个问题了。

毕竟现实非常可悲,由于比特币复杂的分布式系统,导致了其很难升级到全新的加密货币堆栈,可能在几年或者十几年之后,比特币系统还未能实现全新升级,量子计算机就已经发展到预期程度,届时,比特币的生态系统将会遭到极大破坏。

因为目前已经可以肯定,当前包括比特币和以太坊使用的方案在内的加密方案,都被证明很容易受到量子计算机可执行的签名伪造攻击。非对称密码学依赖密钥对,密钥对包括公钥与私钥。其中可以从私钥对中计算出公钥,反之则无法实现。但是,如果可以用另一种方式进行计算,从公钥计算出私钥,则整个现有方案将会彻底报废。而要想实现这一点,让此类攻击变得可行,需要的只是这些系统中的更多量子位和稳定性即可。

因此,集中精力为加密货币找出针对量子霸权的解决方案,是开发人员刻不容缓的任务。

量子计算机会收割掉剩余的所有比特币吗?

首先来了解一下密码学相关的常识。众所周知,比特币是一种加密货币,密码学在系统中起到了至关重要的作用:防欺骗、工作量证明以及交易验证等等。在密码学中,又分为对称加密和非对称加密。最早只有对称加密,在对称加密中,加密和解密使用的是同一套密码,保护密文和破解密文的关键在于密钥。

在二战期间,围绕保护密钥和破解密钥还曾发生过各种有趣的故事,其中,美军为了保证密钥的安全性,曾使用印第安人的方言作为自己的密文,并将这些能够保护和破解密文的印第安原住民小分队称之为“风语者”。

后来随着计算机技术的进步和完善,对称加密算法也在不断发展。可无论对称加密如何进化,它始终存在着几个无法解决的问题:

1.    如何协商出共同密钥?想要直接面对面的协商出密钥显然是不现实的,但其它无论用任何远程方式,都可能会造成密钥的泄露。

2.    如何管理密钥?安全起见,实际上最好对于每个用户,在每次通信时都使用不同的密钥,可如何管理密钥又成了新的问题。

3.    对称加密算法无法提供身份验证。用户如何能够确认接受自己隐私数据的接收方真的是自己想要发送消息的对家呢?

于是,为了解决以上的这些问题,非对称加密系统诞生了。非对称加密,由名字就可以理解,非对称加密的加密密钥和解密密钥是不同的,分为公开密钥和私有密钥。是的,这正是加密货币现在使用的加密系统。公钥和私钥成对出现,如果公钥对数据进行了加密,就只有用对应的私钥才能解密,反之亦然。

量子计算机在探寻给定比特币公钥的对称私钥时,需要进行128的3次方次操作,这比起现有主流计算机的2的128次方次操作要少得多。但是,量子计算机能做的也就仅此而已,只能大幅削减计算时间,实际上如果用它挖矿,依然要像其它矿机一样,花费时间一个一个的找随机数去试。因此,与其担心有人会利用量子计算机挖空剩下的所有比特币,不更多的担心一下如何避免有人利用量子计算机窃取比特币。因为这样做,除了不合法,显然要容易的多,回报率也高得多。

但是,由于比特币的多次减半,导致了比特币挖矿难度有了大幅度提升,所以未来或许真的需要用到量子计算机来进行比特币的合法挖矿。

通过上述分析,我们可以得出结论,量子计算机一旦发展较为成熟之后,利用其盗取现有加密系统中的比特币确实是轻而易举的事情,但也因此不必担心谷歌会利用量子计算机一次性挖空剩余的所有比特币。或许短期内量子计算机尚且不会摧毁比特币生态系统,但是为长久计,所有依赖于非对称加密系统的机构、团体以及开发人员,都应该尽快寻求出将加密堆栈升级到抗量子级,以避免这些推测变为现实。

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