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量子计算如何威胁到区块链?原来是技术被过时

区块链是一种去中心化记账系统,通过共享的交易账本来验证记录。网络中的每台计算机存放有账本的副本;交易完成后,对照存储在网络上其他所有计算机上的账本进行验证。如果所有账本匹配,那么该交易加密成所谓的区块。然后新区块添加到现有的区块中,组成区块链。

作者:布加迪编译来源:51CTO|2018-03-07 10:59

人工智能+区块链的发展趋势及应用调研报告


量子计算如何威胁到区块链?原来是技术被过时

【51CTO.com快译】最近媒体对比特币和加密货币大肆宣传。但是真正革命性的技术是区块链,加密货币是在这种电子架构上运行。

区块链是一种去中心化记账系统,通过共享的交易账本来验证记录。网络中的每台计算机存放有账本的副本;交易完成后,对照存储在网络上其他所有计算机上的账本进行验证。如果所有账本匹配,那么该交易加密成所谓的区块。然后新区块添加到现有的区块中,组成区块链。

区块链的潜在用途远超出加密货币。它们包括保护电子健康记录、创建智能合约和电子投票。区块链甚至被誉为有望克服美国国防部(DoD)面临的后勤挑战――从美国国防部的角度来看,区块链的一致性结构可以缓解单点故障的安全风险,并且让大大小小的库存供应商得以跟踪运送的货物。而在去年12月,特朗普总统签署了一项法案,要求探索区块链对联邦政府带来的潜在好处。

不过公开的秘密是,量子计算机的破解(hack)有可能让这种技术毫无用处。

目前正在开发中的量子计算机会比现在的传统计算机更强大,因为它们遵循量子物理学的原理。量子计算机使用由名为单光子的物理粒子组成的量子比特(即qubit),而不是使用每个比特是1或0的二进制比特系统。由于一个比特只是1或0,传统计算机以线性方式来计算。相反,叠加和纠缠的量子物理性质意味着一个量子比特可以同时是1和0,因而计算能力大幅提高。

与此同时,量子计算机对用于保护大多数电子数据的非对称加密系统(包括区块链)构成了重大威胁。这种系统依赖数学问题,需要花费太长的时间,传统计算机解决不了。破解这种加密的唯一方法是,对一个很大的半素数进行逆因子(reverse factor),处理成原始素数。这类计算对于传统计算机来说花费漫长的时间,但是对大型的通用量子计算机来说可以瞬间完成,哪怕是面对区块链。American Defense International的高级顾问Charles Harvey Jr.表示:“我称量子计算机能够破解传统计算机加密方法的那一天是‘Q-Day’。Q-Day即将到来。”

但是如果量子计算机对现在的区块链构成威胁,量子网络安全有望是解决方案。实际上,分三个阶段整合新兴的量子网络安全可以让区块链避免其他系统被新技术淘汰的同样命运。

第一种也是最直接的解决方案是,通过添加真正的随机数或所谓的量子密钥(世界上最强大的加密密钥),以此加强现有的加密算法。真正的随机性只能在自然界中找到。量子物理学家利用量子噪声,将其转换成真正的随机数。

如今量子随机数生成器已经由银行、政府和私有云运营商来实施。将量子密钥添加到区块链软件以及所有数据都加密将增添额外的安全性,可以防范传统计算机和量子计算机。

下一步是开发量子抵抗算法。美国国家标准与技术研究所隶属美国商务部,目前在审查提交这些下一代算法的方案。正如非对称加密使用棘手的数学问题来难倒传统计算机那样,量子抵抗算法将使用棘手的数学问题来难倒量子计算机。难就难在提出有用的数学问题,又实际上可以难倒量子计算机。英国的Quantum Resistant Ledger(量子抵抗账本)项目采用了这种方法,这是由Peter Waterland博士发起的,他白天是医学专家,晚上是量子抵抗加密货币的拥护者。总部位于英国的另一家公司Ubiquicoin也宣布了旨在“成为抵御量子计算网络攻击的第一个区块链”。

第三种方法是量子网络,使用名为量子密钥分配的硬件技术,通过将数据编码在一个个粒子上,将信息从一个点发送到另一个点。只要有人试图做手脚,连接就会自动断开。一个俄罗斯组织将这项技术用于区块链,而日本大阪大学提出了一种名为qBitcoin的类似概念。

防量子区块链对于美国公共部门和私营部门而言都至关重要。不过,美国目前落后于加拿大、澳大利亚、韩国和瑞士,所有这些国家都有公司企业推出了商用的量子网络安全产品。与此同时,中国继续在量子网络领域处于全球领先地位。

量子计算对区块链构成了严重的威胁,但是如果遵照分三步走的计划:开发和实施量子密钥、量子抵抗算法和量子网络,可以避免区块链被扔进历史的垃圾堆,避免比特币之类的加密货币在量子时代破产。

原文标题:How Quantum Computing Threatens Blockchain,作者:Idalia Friedson

【51CTO译稿,合作站点转载请注明原文译者和出处为51CTO.com】

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【责任编辑:庞桂玉 TEL:(010)68476606】

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