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量子计算机威胁区块链世界的安全?

9月29日,谷歌宣称他们率先获得了“量子霸权”,论文选择在NASA(美国航天局)发布。不过在发布后不久就撤下论文,而这反而引发了更多人的兴趣,据谷歌研究人员称,谷歌的处理器能够在3分20秒内,完成目前全球排名第一的超级计算机Summit需要一万年才能完成的计算。

量子计算是一种新的计算方式,可以让人类使用当今的计算技术执行根本不可能的技术。它允许非常快速的搜索,这会破环我们今天使用的一些加密算法,一时间,量子计算再次吸引了人们的关注,并且对区块链的未来命运产生了威胁。

算力增长

量子计算对区块链以及加密货币的直接威胁,主要表现在巨量算力攻击和密码学两个方面。

在我们日常的生活中,经常会出现一个现象,很多人的电脑用了三年左右可能就会变慢,甚至出现卡顿,究其原因在于电脑里的软件不断更新,新软件运行起来需要更强大的算力支持,而电脑的硬件却原地踏步。

云计算、大数据、物联网、人工智能等信息技术的快速发展,存量数据大量增长、算力成本大幅下降,推动了算力能力的提升,与此同时,业务种类的增多,应用软件的爆发,算力需求也随之大幅增长。以人工智能为例,凭借庞大的算力支持,以前很多我们认为靠机器无法解决的问题,现在都找到了解决方法,比如语音助手、自动驾驶,甚至是内容创作,都可以靠人工智能实现。

相比人类思维通过逻辑推理寻找答案,人工智能改变了解决问题的基本范式,依靠强大的计算能力把可能的答案都挨个进行试错,最后得到正确答案,就像谷歌的围棋人工智能“阿尔法狗”,就是自己和自己下围棋,进行了无数次的试错,最后才战胜了人类的顶尖棋手。所以,现在也有专家把人工智能解决问题的方式叫做“暴力计算”。

威胁何在?

2018年11月,波士顿咨询公司发表报告,“若量子计算机可批量生产,将可打破传统计算机界限,使计算机运算能力俱增,改革密码学、化学、人工智能,甚至物流、金融、能源等领域的生态。”

在以上所提及诸多领域中,密码学与区块链的联系可谓是密切相关。区块链的本质是一个去中心化的数据库,是一串使用密码学方法相关联产生的数据块,每一个数据块中包含了一批次网络交易的信息,用于验证其信息的有效性(防伪)和生成下一个区块。密码学是区块链系统得以建立和维系的核心基础理论。

大部分专家认为,量子计算机可以轻松破解目前多数区块链项目使用的椭圆曲线加密算法,从而通过逆向工程从公钥推算出用户的私钥。私钥被破解,也就意味着我们拥有的加密货币将面临到随时被盗的危险。

量子计算

我们正处在一个大数据时代,全球数据量每两年翻一番,人类现有的算力能力难以满足算力增长需求,甚至逐渐出现“量子焦虑”。好在量子力学在百余年的发展中,已经为解决这些重大问题做好了准备,量子计算可以比普通的计算要快很多,而且高效得多,这也是很多人关注量子计算的原因。

要知道,量子计算机所使用的计算方法,比目前计算机通用的二进制计算法更高级。它的运算能力,也超越现在世界上最顶级的超级计算机。同样1个存储位,量子计算机能存储比普通计算机更多的数据;更重要的是,量子计算机还可以用数学方法同时操作这些海量数据,节省了运行时间,极大地提高工作效率,也使得量子计算机在核爆炸的模拟、密码破译等领域,优势非常突出。所以,量子计算机是新概念、高性能计算领域公认的发展趋势。

Google将这项成就描述为“迈向全面量子计算的里程碑”,并预测量子计算能力将以“双指数速率”扩展,超过摩尔定律数十年来描述的指数速率。表面上看,这项技术听起来有可能摧毁我们珍视的一切,首先会打破比特币的神话。其实关于比特币的量子威胁论由来已久,早在2017年就有人提出量子计算机的强大计算能力将会在10年内攻破比特币的安全性。

然而,量子计算对比特币“死亡”的预测其实被极大地夸张了,量子计算很难在短期内对区块链进行彻底的“革命”。

要破解一个私钥不仅需要计算能力,实际上还需要合适的算法去运算。

这就好比我们有时速300公里的高铁火车,但要从广州到北京还需要两地之间有铁轨。如果高铁的轨道路线弯弯绕绕经过一堆其它省份,而普通火车的铁轨就是一条直线从广州到北京,那么在这样的情况下,高铁会走很多弯路,搞不好需要的时间比普通火车还要长。

这里的高铁火车就好比量子计算机,高铁路线就好比算法。

由于量子计算机与传统计算机的架构迥然不同,其算法也需要重新设计。

目前量子计算机仍然缺少有效破解私钥的算法,因此尽管算力提高了17.52亿倍,但要找出一个哈希碰撞所需要的时间仍然需要很久。

此外,虽然量子计算很神奇,但人们的实际操控能力还很弱,只能说还在尝试理解的阶段。谷歌的系统,距离稳定生产和商业应用,同样也有很长的路要走。在国际上,IBM的研究部主管达里奥·吉尔也质疑谷歌声称已经实现量子霸权的言论是错误的,他认为谷歌的系统是专门用于解决单个问题的专用硬件,没有证明通用性。

正如SabineHossenfelder在6月一个关于量子霸权的视频中所总结的:

我对量子计算机很快就会有实际应用这一想法并不持乐观态度。我很担心量子计算会像核聚变一样:它永远有前途,但永远不会起作用。不过,量子霸权将是一个超级激动人心的事件。

所以,量子计算能带来一定的算力“霸权”,甚至对于现有的算力发展带来一定的颠覆,但是攻防之间其实都在快速进化,区块链作为密码学的集大成者,短期来看很难被量子计算轻易“革命”,况且量子计算的成熟度连区块链都不如,二者正面对决依旧遥遥无期。

(作者:FutureMine,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)

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