量子计算机击败比特币？

你听说过量子计算机有朝一日可以破解比特币加密算法的传言吗？

但更有可能的是，密码学将超越新一代超级计算机。

区块链系统最容易被忽视的问题之一是它们能够承受被称为量子计算机的快速进步。

这些强大的计算机利用量子物理学来解决传统设备无法解决的复杂问题，方法是使用量子比特——经典二进制比特的一种演变。 量子位可以同时表示 1 或 0 的值，这有望导致计算能力呈指数级增长。

世界顶级超级大国正在为这项技术的开发投入数十亿美元——这是有充分理由的。 第一个利用量子计算的国家或公司将准备破解保护对手敏感文件的加密。

就区块链系统而言，保护其防篡改分类账的密码学可能存在风险。 萨塞克斯大学的研究人员在 2 月份估计，一台拥有 19 亿个量子位的量子计算机基本上可以在短短 10 分钟内破解保护比特币的加密，而仅需 1300 万个量子位就可以粗略地在一天内完成破解工作。

幸运的是，部署具有这么多量子比特的量子计算机的能力似乎还需要很多年。 IBM 去年刚刚发布了一款 127 量子比特的处理器，而 1000 量子比特的设备将在 2023 年底准备就绪。

丹麦密码学教授、Dfinity 密码研究员 Jens Groth 表示：“我们还没有到那一步，没有人知道确切的时间框架会是什么样子，但区块链可能只会在 10 到 20 年内面临风险”

Groth 强调，物理和逻辑这两种类型的量子位之间存在重要区别。 后者描述了一个量子位通过量子门实现1和0之间的叠加，一个逻辑量子位由9个物理量子位组成。 “公司关于新量子比特里程碑的公告通常涉及物理量子比特比特币私钥破解软件，而不是逻辑量子比特，”他解释道。

防守者占上风

虽然像 Groth 这样的研究人员并未将量子计算机归类为对区块链技术的直接威胁，但解决方案的实验仍在进行中，密码学家确实在思考合适的对策可能是什么样子。

“区块链开发商在与不断增长的计算能力的竞争中具有明显的优势，”格罗斯说。 具体来说，他们可以增加保护链的加密密钥的数量——这是一个比攻击者能够赶上的更大规模的过程。 动作要快，从长远来看，防守者会赢得这场战斗。”

在检查流行的高级加密标准 (AES) 时，这在对称密钥加密领域很明显。 最常见的 128 键的变体可以被量子计算机甚至经典攻击者破解。 然而，具有两倍密钥数量的 AES 256 变体似乎足够强大比特币私钥破解软件，可以在可预见的未来抵御量子机器的强力攻击。

KU Leuven 计算机安全和工业密码学小组 (COSIC) 的副研究员 Angshuman Karmakar 表示：“然而，一些密码学家对认为加密是后量子世界中的自动赢家持谨慎态度，并且很难预测是否我们将能够不断扩大密钥大小，对抗强大的量子计算机。当你处于守势时，你总是要悲观。一个新的出色算法可能会突然出现并突然给攻击者带来优势。这种情况发生的概率是极低，但永远不能排除。”

“与此同时，基于格的密码学为量子攻击提供了另一种潜在的解决方案，”格罗斯说。 “这种类型的密码学增加了数学噪音，甚至可能会混淆未来的超级计算机，它们可以通过不断加倍大海捞针的概率来加倍它们的能力，你需要设计这些计算机无法利用的结构。”

根据 Karmakar 的说法，基于格的解决方案目前正在标准化过程中，应该很快就会公开发布。 “很大程度上取决于行业采用新加密技术的速度。另一方面，量子计算机要达到可以破解区块链的水平还有很多时间。”

切换到新的私钥

为区块链系统实施密码升级似乎是密码学家最头疼的问题。 在像比特币这样的典型区块链中，必须说服每个节点切换到新的加密方法。 像互联网计算机协议这样的治理可以通过用户投票自动更新他们的系统。 在所有情况下，集体决心都是必不可少的。

但是，升级现有私钥的过程可能会产生新的漏洞。 根据 Groth 的说法，这是因为，根据 Groth 的说法，在成功实施后量子加密之后，系统将生成新的密钥。 为了激活到新密钥的转换，用户必须使用旧密钥退出。

但是，不活跃的用户可能永远不会升级他们的私钥，这会导致严重的问题。 规模很大的休眠钱包，例如据称属于中本聪的大约 100 万比特币的钱包，可能永远不会看到加密增强功能。 这可能会使加密货币生态系统的一些遗留部分暴露在基于量子的攻击之下，即使它们所依赖的区块链已经进行了安全升级。

最重要的是，虽然区块链目前对于量子计算来说似乎是安全的，但开发人员需要保持警惕并准备好采取新的措施来确保这一点。