如何保護區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)免受量子計算機的攻擊？

區(qū)塊鏈技術(shù)被廣泛認為是過去十年中最具革命性的技術(shù)進步之一。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的不可變和幾乎不可破解的性質(zhì)，激發(fā)了越來越多的用例來處理極其敏感的信息——用于處理身份、醫(yī)療和政府數(shù)據(jù)的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)正變得越來越流行。

事實上，盡管人們對加密貨幣的波動性提出了種種擔憂，但區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的安全性卻很少受到質(zhì)疑。畢竟，加密貨幣網(wǎng)絡(luò)上使用的加密技術(shù)是如此強大，以至于它甚至可以利用當今世界上最強大的計算機來解密網(wǎng)絡(luò)的任何部分。

然而，技術(shù)正在以指數(shù)速度發(fā)展。不久之后，最強大的計算機就會比目前存在的最先進的計算機強大得多。這就是為什么有些人認為量子計算的迅速到來是對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)安全的潛在威脅。

什么是量子計算？

計算機部件變得越來越小。那些曾經(jīng)用設(shè)備填滿整個房間的機器現(xiàn)在很容易裝進我們的口袋——一些計算機部件正在接近原子的尺寸。

對量子計算工作方式的徹底解釋需要對量子物理有一個很好的理解，所以這里有一個簡短的總結(jié)：本質(zhì)上，量子應(yīng)用量子物理的特性來處理數(shù)據(jù)。在這樣做的過程中，需要用普通計算機幾天或幾周才能解決的問題，可以在幾分鐘或幾小時內(nèi)通過量子計算得到解決。

這就是量子計算對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的威脅，就像它們目前存在的那樣。

量子計算當然不適合每一個計算任務(wù)——某些東西最好留給更傳統(tǒng)的計算機。然而，量子計算的出現(xiàn)可能會在許多行業(yè)掀起一波創(chuàng)新浪潮——例如，更耐用的電動汽車電池，或者改進燃料和醫(yī)療技術(shù)的化學(xué)進步。

此外，從事量子計算機開發(fā)工作的科學(xué)家估計，在技術(shù)準備好實施任何大規(guī)模的應(yīng)用之前，還需要數(shù)年的時間。盡管如此，我們比以往任何時候都更接近，越來越多的公司正在投資于創(chuàng)建量子計算系統(tǒng)，以供實際使用。

為什么量子計算是對區(qū)塊鏈的威脅？

顯示加密貨幣所有權(quán)的信息被稱為“密鑰”?！坝袃煞N類型的鑰匙：私人的和公共的。它們都是長串的隨機字符。

公鑰是用來接收加密貨幣的——就像在，如果我要給你發(fā)送一個比特幣，我就會把它發(fā)送到你的加密貨幣錢包的公鑰。私鑰是用來發(fā)送加密貨幣的——如果我沒有我代幣的私鑰，我就無法控制代幣。

量子抗性分類的首席策略師Adam Koltun給Blokt寫了一篇文章：

“在今天的傳統(tǒng)和傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈中，最常見的公鑰/私鑰配對是基于橢圓曲線數(shù)字簽名算法（ECDSA）。ECDSA有一個安全假設(shè)，即使是非常強大的計算機，也不能在人類的時間內(nèi)計算出非常大的數(shù)字?！?/p>

Koltun解釋道：“在這些公鑰加密系統(tǒng)（也稱為非對稱密鑰加密方案）中，任何人都可以將交易或消息發(fā)送到公鑰，但只有成對私鑰的持有者才能訪問被發(fā)送到公共密鑰/地址的內(nèi)容?！?/p>

他補充道：“它就像一個郵箱——任何人都可以把字母插到前面的槽里，但你需要（私）鑰匙打開后門，才能把東西拿出來?！?/p>

公鑰和私鑰之間的聯(lián)系——以及它為什么重要

這兩種密鑰是加密的：私鑰是公鑰的加密版本。換句話說，私鑰在數(shù)學(xué)上是從公鑰中派生出來的。有了足夠的計算能力，就可以使用公鑰來計算私鑰。

即使對于目前存在的最強大的傳統(tǒng)計算機來說，解密公鑰來發(fā)現(xiàn)其對應(yīng)的私鑰的過程也需要數(shù)年時間。然而，這并不是量子計算的情況——因為加密貨幣錢包并不是網(wǎng)絡(luò)中唯一存在風險的加密部分。

澳大利亞創(chuàng)新競賽電視節(jié)目《澳大利亞創(chuàng)業(yè)公司》的評委馬克?佩西告訴Blokt：“如果我們繼續(xù)使用我們目前使用的加密技術(shù)，最終的“量子霸權(quán)”，意味著所有這些加密，以及幾乎所有網(wǎng)絡(luò)上的所有人使用的加密技術(shù)都將是脆弱的。

換句話說，用于保護電子郵件、保護賬戶和保護隱私的網(wǎng)站可能面臨被黑客攻擊的風險。

所有這些都回避了一個問題——我們能做些什么來防止這種對加密錢包的大規(guī)模黑客攻擊？

將量子技術(shù)集成到區(qū)塊鏈中

Pesce解釋說：“量子計算將意味著我們所使用的所有加密和安全標準將需要大規(guī)模升級——這將對區(qū)塊鏈產(chǎn)生影響，這將意味著我們需要用新的、量子計算的加密技術(shù)來“重置”現(xiàn)有的區(qū)塊鏈。

這種“大規(guī)模升級”會是什么樣子？它可能會走一些不同的路線。

麻省理工學(xué)院的技術(shù)評論在今年早些時候的一份報告中說，“量子計算機不能破壞量子密碼。因此，在現(xiàn)有的區(qū)塊鏈中加入量子密碼，可以防止大規(guī)模的黑客攻擊發(fā)生。

另一個更“根本”的解決方案是由Rajan和Visser在惠靈頓維多利亞大學(xué)提出的，目的是將區(qū)塊鏈作為“量子現(xiàn)象”從一開始就建立起來。

Rajan和Visser的量子區(qū)塊鏈將依賴于纏結(jié)的原理。這是量子力學(xué)中許多地方的一個奇怪的，酷的，科學(xué)的轉(zhuǎn)折。當兩個粒子糾纏在一起時，它們本質(zhì)上是相同的——例如，當一個粒子在宇宙的一個位置旋轉(zhuǎn)時，與它糾纏在一起的粒子也會旋轉(zhuǎn)，盡管它們可能在宇宙的另一端。

時間糾纏是當粒子隨時間糾纏時所發(fā)生的。當這種情況發(fā)生時，在不同時間點存在的糾纏粒子會在它們存在的時刻相互影響：例如，旋轉(zhuǎn)一個存在于現(xiàn)在的粒子可能會導(dǎo)致過去存在的糾纏粒子也會旋轉(zhuǎn)。

構(gòu)建的量子區(qū)塊鏈可能就是解決方案

基本上，Rajan和Visser想要利用暫時糾纏的粒子來形成一個區(qū)塊鏈。交易數(shù)據(jù)將被編碼在一個量子粒子上。

麻省理工學(xué)院的技術(shù)評論員解釋道：“當有更多的數(shù)據(jù)可用時，這與量子操作中的第一個粒子的數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，使其與第二個粒子相結(jié)合。前者被丟棄，第一塊事務(wù)的記錄與第二個區(qū)塊相結(jié)合。來自第三塊的數(shù)據(jù)可以以同樣的方式添加，從而創(chuàng)建一個鏈?！?/p>

即使對于量子計算機來說，黑客攻擊任何一個網(wǎng)絡(luò)的任何方面都是不可能的——因為分類賬存在于時間里，而不是空間，任何試圖篡改它的人都會立即使其失效。此外，篡改過去的區(qū)塊也是不可能的，因為它們將不復(fù)存在。

解決方案

還有許多其他的解決方案被提議用來保護區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)免受量子計算機的攻擊。

例如，Koltun解釋說，量子抗性分類帳使用的是“以前經(jīng)過審查的、可驗證的安全擴展Merkle簽名方案（XMSS），以確保從它的起源塊中，就對量子計算攻擊有抵抗力?！?/p>

數(shù)字儲備和IOTA網(wǎng)絡(luò)也致力于開發(fā)針對量子計算機的防護措施。然而，如果不能及時開發(fā)出適當?shù)谋Ｗo措施，區(qū)塊鏈世界可能會帶來令人不快的意外。

Digital Reserve 創(chuàng)始人Jomari Peterson告訴Blokt：“如果在可行的量子計算機實現(xiàn)之前，它們不遷移所有現(xiàn)有地址，那么當前區(qū)塊鏈的大部分實現(xiàn)將會被削弱?！?/p>

現(xiàn)在，要實現(xiàn)這樣的成”可能要數(shù)年之后，似乎沒有什么可擔心的。然而，量子計算的出現(xiàn)是不可避免的。因此，必須找到一個可行的解決方案。這只是遲早的問題——希望不要太遲。