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【量子系列】 量子運算何時能破解區塊鏈?



發布日期: 2020-03-26-2021-03-26

【量子系列】

量子運算何時能破解區塊鏈?

光電協進會

在Google於2019年10月宣布達到量子霸權之後,量子運算這一主題在加密領域內逐漸受到重視,由於量子運算號稱可以在幾分鐘內達到傳統電腦數百年才能解開的問題,似乎任何加密措施都會被迎刃而解,因此許多人都關心:究竟比特幣會被盜嗎?根據專家表示,以目前來說,Google的54量子位元處理器Sycamore還不可能破解區塊鏈並竊取所有人的比特幣。但是如果比特幣網路的運作方式沒有任何變化,那麼很可能會在五到十年之內成為現實。所以,儘管現在用戶不需擔心,但建議開發人員開始做點準備。

光電協進會表示現行的區塊鏈網路是複雜的分散式系統,花了十幾二十年的時間才逐漸成熟,因此想要將目前的加密堆疊重新升級,也得花上一段時間,如果這期間量子運算發展的速度超乎預期,區塊鏈的生態系統可能會受到極大破壞。而可以肯定的是,現今的加密方案(包括比特幣和以太坊使用的方案)已經被證明容易受到量子電腦可執行的偽造簽名之攻擊。加密技術所用的非對稱密碼學依賴密鑰對(即私密金鑰和公眾金鑰,或稱為私鑰與公鑰)的運作,其中可以從私鑰對中計算出公鑰,反之則不然。這是由於某些數學問題的可能性所致,例如將大質數的乘積分解為因數,或計算產生公鑰的產生器的被乘數,這是大多數區塊鏈和密碼系統所使用的。反過來說,如果可以用另一種方式進行計算(即從公鑰計算私鑰),則加密方案將會失效。我們期待量子電腦增加更多量子位元還有穩定性,就會使得此類攻擊變得可行。

 

Google會挖走所有剩餘的比特幣嗎?

這是另一個經常被問到的問題,但實際上,量子電腦在對稱密碼相關計算上的效率遠低於非對稱密碼相關計算。至於數字,要在主流電腦找出給定BTC公鑰的BTC私鑰需要花費2的128次方的次數,而在量子電腦上只需花費128的3次方操作次數即可實現相同的功能。光電協進會指出從本質上講,與其擔心Google會挖走剩餘的比特幣,還不如擔心擁有量子電腦的人們會花錢/偷錢,即使Google成功地開採了2016個區塊之後,難度會升到「量子級」,意味著難度不是那麼容易克服的。換句話說,在這種難度下,要成功地開採區塊只有理論上可以達成,要注意的是,即使沒有用量子電腦來挖礦,其實也是可以找到正確解決方案,只是曠日廢時不切實際罷了,因此時間才是限制因素,而不是電腦效能。反過來說,如果現在已經製造出比Google Sycamore要強大得多的量子電腦,但是卻鮮有人知,造成資訊的不對稱,這時該怎麼辦?這才是區塊鏈開發者與企業應該關注的問題。所以開發者應該盡快在區塊鏈和所有其他依賴非對稱加密的系統(例如銀行,政府等)中尋求與升級至能夠對抗量子運算的加密堆疊,量子霸權是不可避免的,只不過是時間問題而已。有趣的地方是,量子運算實際上可以達成絕佳的密碼技術,也就是量子密碼學,如今,量子密碼學已在少量應用中使用。儘管量子可以破壞現有的加密技術並使之變得毫無用處,但它實際上也引入了一個可用於解決問題的方法。