量子計算機威脅區塊鏈世界的安全?

買賣虛擬貨幣

9月29日,谷歌宣稱他們率先獲得了“量子霸權”,論文選擇在NASA(美國航天局)釋出。不過在釋出後不久就撤下論文,而這反而引發了更多人的興趣,據谷歌研究人員稱,谷歌的處理器能夠在3分20秒內,完成目前全球排名第一的超級計算機Summit需要一萬年才能完成的計算。

量子計算是一種新的計算方式,可以讓人類使用當今的計算技術執行根本不可能的技術。它允許非常快速的搜尋,這會破環我們今天使用的一些加密演算法,一時間,量子計算再次吸引了人們的關注,並且對區塊鏈的未來命運產生了威脅。

算力增長

量子計算對區塊鏈以及加密貨幣的直接威脅,主要表現在巨量算力攻擊和密碼學兩個方面。

在我們日常的生活中,經常會出現一個現象,很多人的電腦用了三年左右可能就會變慢,甚至出現卡頓,究其原因在於電腦裡的軟體不斷更新,新軟體執行起來需要更強大的算力支援,而電腦的硬體卻原地踏步。

雲端計算、大資料、物聯網、人工智慧等資訊科技的快速發展,存量資料大量增長、算力成本大幅下降,推動了算力能力的提升,與此同時,業務種類的增多,應用軟體的爆發,算力需求也隨之大幅增長。以人工智慧為例,憑藉龐大的算力支援,以前很多我們認為靠機器無法解決的問題,現在都找到了解決方法,比如語音助手、自動駕駛,甚至是內容創作,都可以靠人工智慧實現。

相比人類思維透過邏輯推理尋找答案,人工智慧改變了解決問題的基本正規化,依靠強大的計算能力把可能的答案都挨個進行試錯,最後得到正確答案,就像谷歌的圍棋人工智慧“阿爾法狗”,就是自己和自己下圍棋,進行了無數次的試錯,最後才戰勝了人類的頂尖棋手。所以,現在也有專家把人工智慧解決問題的方式叫做“暴力計算”。

威脅何在?

2018年11月,波士頓諮詢公司發表報告,“若量子計算機可批次生產,將可打破傳統計算機界限,使計算機運算能力俱增,改革密碼學、化學、人工智慧,甚至物流、金融、能源等領域的生態。”

在以上所提及諸多領域中,密碼學與區塊鏈的聯絡可謂是密切相關。區塊鏈的本質是一個去中心化的資料庫,是一串使用密碼學方法相關聯產生的資料塊,每一個資料塊中包含了一批次網路交易的資訊,用於驗證其資訊的有效性(防偽)和生成下一個區塊。密碼學是區塊鏈系統得以建立和維繫的核心基礎理論。

大部分專家認為,量子計算機可以輕鬆破解目前多數區塊鏈專案使用的橢圓曲線加密演算法,從而透過逆向工程從公鑰推算出使用者的私鑰。私鑰被破解,也就意味著我們擁有的加密貨幣將面臨到隨時被盜的危險。

量子計算

我們正處在一個大資料時代,全球資料量每兩年翻一番,人類現有的算力能力難以滿足算力增長需求,甚至逐漸出現“量子焦慮”。好在量子力學在百餘年的發展中,已經為解決這些重大問題做好了準備,量子計算可以比普通的計算要快很多,而且高效得多,這也是很多人關注量子計算的原因。

要知道,量子計算機所使用的計算方法,比目前計算機通用的二進位制計演算法更高階。它的運算能力,也超越現在世界上最頂級的超級計算機。同樣1個儲存位,量子計算機能儲存比普通計算機更多的資料;更重要的是,量子計算機還可以用數學方法同時操作這些海量資料,節省了執行時間,極大地提高工作效率,也使得量子計算機在核爆炸的模擬、密碼破譯等領域,優勢非常突出。所以,量子計算機是新概念、高效能運算領域公認的發展趨勢。

Google將這項成就描述為“邁向全面量子計算的里程碑”,並預測量子計算能力將以“雙指數速率”擴充套件,超過摩爾定律數十年來描述的指數速率。表面上看,這項技術聽起來有可能摧毀我們珍視的一切,首先會打破比特幣的神話。其實關於比特幣的量子威脅論由來已久,早在2017年就有人提出量子計算機的強大計算能力將會在10年內攻破比特幣的安全性。

然而,量子計算對比特幣“死亡”的預測其實被極大地誇張了,量子計算很難在短期內對區塊鏈進行徹底的“革命”。

要破解一個私鑰不僅需要計算能力,實際上還需要合適的演算法去運算。

這就好比我們有時速300公里的高鐵火車,但要從廣州到北京還需要兩地之間有鐵軌。如果高鐵的軌道路線彎彎繞繞經過一堆其它省份,而普通火車的鐵軌就是一條直線從廣州到北京,那麼在這樣的情況下,高鐵會走很多彎路,搞不好需要的時間比普通火車還要長。

這裡的高鐵火車就好比量子計算機,高鐵路線就好比演算法。

由於量子計算機與傳統計算機的架構迥然不同,其演算法也需要重新設計。

目前量子計算機仍然缺少有效破解私鑰的演算法,因此儘管算力提高了17.52億倍,但要找出一個雜湊碰撞所需要的時間仍然需要很久。

此外,雖然量子計算很神奇,但人們的實際操控能力還很弱,只能說還在嘗試理解的階段。谷歌的系統,距離穩定生產和商業應用,同樣也有很長的路要走。在國際上,IBM的研究部主管達里奧·吉爾也質疑谷歌聲稱已經實現量子霸權的言論是錯誤的,他認為谷歌的系統是專門用於解決單個問題的專用硬體,沒有證明通用性。

正如Sabine Hossenfelder在6月一個關於量子霸權的影片中所總結的:

我對量子計算機很快就會有實際應用這一想法並不持樂觀態度。我很擔心量子計算會像核聚變一樣:它永遠有前途,但永遠不會起作用。不過,量子霸權將是一個超級激動人心的事件。

所以,量子計算能帶來一定的算力“霸權”,甚至對於現有的算力發展帶來一定的顛覆,但是攻防之間其實都在快速進化,區塊鏈作為密碼學的集大成者,短期來看很難被量子計算輕易“革命”,況且量子計算的成熟度連區塊鏈都不如,二者正面對決依舊遙遙無期。

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