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        量子計(jì)算機(jī)將“殺死”區(qū)塊鏈?

        2020-11-06 07:31:32胡泳
        南風(fēng)窗 2020年23期
        關(guān)鍵詞:密碼學(xué)比特密碼

        胡泳

        被稱為區(qū)塊鏈的新穎計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)開放的、公開的、分布式的賬本,具有許多有前途的應(yīng)用,包括數(shù)字貨幣。但是,任何新的密碼應(yīng)用程序都應(yīng)考慮到預(yù)期的技術(shù)發(fā)展,這些技術(shù)會(huì)在任何我們所部署的系統(tǒng)的生命周期內(nèi)發(fā)生。例如,量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展凸顯了區(qū)塊鏈技術(shù)的脆弱性。區(qū)塊鏈及其應(yīng)用程序的主要賣點(diǎn)是,鑒于計(jì)算技術(shù)的當(dāng)前狀態(tài),在正常情況下,加密保護(hù)的分布式賬本實(shí)際上是“牢不可破的”。然而,這一賣點(diǎn)的有效性在很大程度上是基于對(duì)某種“技術(shù)狀態(tài)”的假設(shè)。區(qū)塊鏈的分布式賬本的安全性取決于某些特定密碼問題的解決難度,而量子計(jì)算會(huì)破壞這種難度。我們都知道,量子計(jì)算機(jī)的信息處理不是基于經(jīng)典物理學(xué),而是基于量子力學(xué)。這意味著針對(duì)特定問題的計(jì)算能力將大大提高。

        區(qū)塊鏈的加密功能被認(rèn)為是安全的,因?yàn)榇蚱扑枰罅康挠?jì)算資源,而這是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法實(shí)現(xiàn)的。但是,一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)將能夠在幾天之內(nèi)破解這種密碼屏蔽。如果發(fā)生計(jì)算形式的轉(zhuǎn)變,則基于當(dāng)代區(qū)塊鏈的系統(tǒng)可能會(huì)變得容易受到設(shè)計(jì)中未考慮的威脅的影響。問題在于,這種威脅很快就會(huì)緊急發(fā)生嗎?目前,區(qū)塊鏈的不變性和無與倫比的安全性的想法已被廣泛接受:它建立了公眾對(duì)數(shù)字資產(chǎn)的信任并促進(jìn)了大規(guī)模采用。但是量子計(jì)算的出現(xiàn)可能會(huì)危害公鑰密碼術(shù)的完整性,而公鑰密碼術(shù)是區(qū)塊鏈安全的支柱。其實(shí),整個(gè)網(wǎng)絡(luò)世界的安全性都取決于公開密鑰加密,用以保護(hù)通信、銀行賬戶和其他敏感數(shù)據(jù)。這種加密術(shù)的核心是需要大量計(jì)算才能破解密鑰。例如,在2016年,200臺(tái)計(jì)算機(jī)花了兩年時(shí)間才破解了一條用768比特長(zhǎng)度的密鑰加密的消息。由此,我們的安全性取決于計(jì)算機(jī)的速度。

        2019年9月,谷歌率先宣稱實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)勢(shì)”(quantum supremacy),這一術(shù)語指的是量子計(jì)算在某一方面,可以解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)不能解決的問題,或者是比經(jīng)典計(jì)算機(jī)有顯著的加速(指數(shù)級(jí)加速)。由谷歌研發(fā)的量子計(jì)算機(jī)可以“在3分20秒內(nèi)完成當(dāng)今最先進(jìn)的經(jīng)典計(jì)算機(jī)大約要花費(fèi)1萬年才能處理的問題”。而2020年9月,中國(guó)科學(xué)院院士潘建偉在公開課演講上向公眾透露了我國(guó)量子計(jì)算機(jī)的最新進(jìn)展:已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了光量子計(jì)算性能超過谷歌53比特量子計(jì)算機(jī)的 100 萬倍。在這樣飛速的發(fā)展下,基于量子的未來設(shè)備是否能夠“殺死”區(qū)塊鏈的問題成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。一種解決方案是用抗量子密碼術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的數(shù)字簽名,抗量子密碼術(shù)是一種專門設(shè)計(jì)用來抵御來自功能強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)的攻擊的安全算法。目前來看,量子計(jì)算機(jī)還不會(huì)殺死區(qū)塊鏈,但是它們可能會(huì)觸發(fā)底層密碼學(xué)的根本變化,發(fā)展出一種抗量子密碼學(xué),也可以稱為后量子密碼學(xué)。大多數(shù)研究者都認(rèn)為,有必要逐步轉(zhuǎn)向抗量子密碼學(xué),并建立支持它的基礎(chǔ)設(shè)施。

        俄羅斯物理學(xué)家提出的另一種補(bǔ)救措施,只有等待幾十年之后量子互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)才能獲得。這種基于遙遠(yuǎn)糾纏的量子粒子之間的連接的無線通信架構(gòu),將解鎖大量新的區(qū)塊鏈模型和設(shè)計(jì)。新西蘭維多利亞大學(xué)的兩位學(xué)者在最近的一份研究論文中表達(dá)了一個(gè)令人振奮的想法。他們提議放棄量子密碼的研究,直接躍升為推動(dòng)區(qū)塊鏈本身成為基于量子的系統(tǒng)。他們的模型描述了一個(gè)基于量子位的區(qū)塊鏈,這些量子比特不僅在空間中而且在時(shí)間上糾纏在一起。在不破壞粒子的情況下,試圖改變由單個(gè)粒子的狀態(tài)歷程所記錄的交易是不可能的。當(dāng)然,在量子互聯(lián)網(wǎng)啟動(dòng)并運(yùn)行之前,不可能實(shí)現(xiàn)該模型。

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