量子計算將攻破區塊鏈？中國人民大學教授袁勇談該如何應對_Quant

C114訊4月21日消息區塊鏈具有三大技術特點：去中心化、極難篡改、安全性高。而傳統密碼學理論的安全性基礎是困難數學問題的計算復雜度理論。隨著量子計算機的發展，破解傳統密碼只是時間問題。

在量子計算威脅區塊鏈的相關論述中，持有此觀點的一方給出的論據主要包括兩點：一是量子計算會威脅比特幣的安全協議；二是算力更大的量子計算機能壟斷“挖礦”。

那么當量子計算和區塊鏈不期而遇時，量子計算到底能不能攻破區塊鏈？

4月19日下午，在山東濟南召開的量子計算與數據安全論壇上，中國人民大學教授袁勇介紹了量子計算和區塊鏈的現狀，并提出對此問題的見解。

現場丨上海交大學教授郁昱：目前密碼算法已經在向抗量子計算攻擊遷移:金色財經現場報道，由Web3基金會主辦的Web3大會10月29日在上海舉行。上海交通大學計算機科學與工程系教授在會上表示，密碼學因為區塊鏈得到了良好發展，目前密碼學已經在向抗量子計算攻擊的密碼算法遷移。美國NIST自2016年開始公開征集抗量子計算攻擊的密碼算法標準，2017年12月公布了69個算法作為首輪候選算法，2019年1月，公布第二輪25個候選算法，2020年7月再次公布7個算法和8個候選算法。其中基于格理論的算法是抗量子計算算法的主力軍。[2020/10/29]

存在危險需未雨綢繆

袁勇表示，根據其2019年做的一個初步研究顯示，量子計算確實對于區塊鏈底層的密碼學機制，尤其是非對稱的公鑰密碼學機制有非常重要的影響。

Ledger：量子計算技術不太可能對PoW區塊鏈造成太大影響:加密貨幣錢包制造商Ledger于官網發文探討量子計算技術對加密貨幣的影響。文章稱，關于量子計算技術如何影響加密貨幣主要有兩種思路。

其一，量子計算可能會對用于生成公鑰的非對稱加密技術構成威脅。簡單來說就是可以通過量子計算進行反向工程，進而獲得屬于某個地址的私鑰。這個對加密貨幣最大的威脅，因為持有私鑰即可控制資產。

其二，量子計算可能會對工作證明（PoW）區塊鏈的挖礦協議構成威脅，比如比特幣。然而，這似乎不太可能。雖然量子計算對非對稱加密技術的影響可能是巨大的，但對于哈希計算對稱加密的影響卻小得多。PoW區塊鏈的挖礦難度也可能會適應量子時代。此外，區塊鏈可以通過分叉進行某些更新，以減輕量子計算可能帶來的威脅。[2020/7/11]

對于區塊鏈來說，非對稱密碼學一般基于三種典型的數學困難問題，也就是質因數分解、橢圓曲線離散對數、素數域的離散對數。這些困難問題歸根結底都是一種單向的相應的函數，這種函數正向的計算非常的容易，但是基于當前的戰略，逆向計算是非常困難的。

動態 | 加密貨幣教父David Chaum 再次創業，研發抗量子計算的數字貨幣:加密貨幣教父、首個數字貨幣（Digicash）創始人 David Chaum 成立新公司 Praxxis，研發抗量子計算的數字貨幣。Praxxis 將匯集 David Chaum 過去四十年關于數字貨幣、投票和分配機制的研究成果。Praxxis 共識協議據稱克服了傳統區塊鏈所面臨的不可能三角（不可能同時滿足可擴展性，隱私和安性），以實現中本聰最初對數字貨幣的構想–點對點的數字貨幣系統。Praxxis 白皮書預計將會于今年發布，白皮書上將會顯示更多信息和技術細節。（區塊律動）[2019/8/20]

以Gover算法對區塊鏈的影響為例，Gover算法上在無序數組上搜索的時間為θ，因而可以加速哈希碰撞的搜索過程，相對經典算法提供二次加速增強效果。攻擊者可以通過搜索哈希碰撞來篡改區塊鏈數據，甚至替換全部鏈上數據。量子計算利用Grover算法可以快速找到共識解，幫助攻擊者壟斷區塊鏈記賬權，進而可隨意破壞交易。

聲音 | 陳鵬：區塊鏈面臨的技術難題非常多 包括量子計算機發展對加密系統的打擊:據共享財經消息，今天舉行的“2018上海區塊鏈大會暨區塊鏈結合實體經濟創新峰會”上，中國科學院大學人工智能技術學院區塊鏈研究中心主任陳鵬表示，目前，區塊鏈仍然面臨的技術難題非常多，諸如一直被詬病的交易吞吐問題，包括我們說到的51%的攻擊，以及其他安全方面的問題，還有包括token機制，在推動行業發展的過程中人性不善等問題。此外，量子計算機發展，可能會對所有現在的加密系統產生毀滅性的打擊，等等，這些技術問題都是需要我們來破解的。[2018/12/28]

比特幣PoW共識中隨機數空間Nonce即使擴展到48位，經典計算機遍歷都需要465天，而量子計算機只需θ次操作，用時僅2秒。

但作為國內最早的區塊鏈技術研究者之一，袁勇曾在《區塊鏈——領導干部讀本》一書中明確表示：“總體上來說，我不太認同量子計算對區塊鏈產生威脅。”

“首先，對方并沒有以發展的眼光來看待問題。量子計算和區塊鏈，或者說量子計算跟密碼學一定會呈現共生演化的趨勢，二者相互促進，不能用十年后的量子計算與現有的比特幣密碼體系相提并論。”袁勇說：“我相信密碼學體系和區塊鏈的技術一定會有相應的手段應用量子計算威脅。”

針對量子計算算力驚人的觀點，袁勇也予以了反駁。據他介紹，比特幣的共識算法是以算力為基礎的。因此可能面臨量子計算的威脅。但是區塊鏈技術體系中的共識算法子PoW之后，呈現出百花齊放的發展態勢，目前至少已有30余種共識算法。此外，還有Paxos和Raft傳統分布式一致性算法可以運用，這些共識協議在很大程度上可以抵御量子計算攻擊。所以，如果量子計算確實產生威脅，區塊鏈可以通過切換共識協議來解決。

同時，袁勇也認為，危險確實存在，我們也需要未雨綢繆。對此，他提出了兩個應對方案：抗量子區塊鏈+量子區塊鏈。

其中，抗量子區塊鏈的主要發展方向是融入目前的公有區塊鏈體系，而量子區塊鏈由于需要分布式的節點，還需要一定的量子能力，更適用于聯盟鏈的體系。

抗量子區塊鏈研究現狀

抗量子區塊鏈的主要思路是利用抗量子密碼學代替傳統密碼學算法，基于計算安全性假設，即假設特定數學困難問題不能被量子計算機有效解決。

目前主流的抗量子密碼方案包括：基于哈希的密碼學方案、基于編碼的密碼學方案、基于格的密碼學方案、基于多元變量的密碼學方案、以及基于超奇異橢圓曲線同源密碼方案等。

如提出區塊鏈化的后量子簽名方案BPQS，是第一種使用區塊鏈或DAG結構來降低簽名成本的后量子簽名方案，其簽名更短、速度更快。

QuantumResistantLedger是一種抗量子加密貨幣，翟永基于哈希的簽名方案XMSS代替比特幣的Secp256橢圓曲線來提供抗量子安全性，其目的是作為量子時代比特幣的后備版本。

量子區塊鏈的探索

量子區塊鏈的主要思路是基于量子密碼學提供無條件安全性，即在敵手具有算力的條件下仍然保證安全，一般須固定的網絡參與節點。

在量子區塊鏈的探索中，2018年俄羅斯量子中心學者提出基于QKD技術取代區塊鏈中的數字簽名算法，實現了城市光纖網絡中具有無條件安全特性的分布式量子區塊鏈原型網絡。

其優點是采用經典的ByzantlneAgreement共識協議，實現了4節點拜占庭容錯。缺點是方案不夠完整，欠缺具體算法和安全性分析。如果存在大量惡意節點，BA共識協議通信復雜度極高。

量子通信與分布式區塊鏈通信網絡具有極強的互補性，將二者有機結合，可以實現高度安全、高度容錯、低成本的量子區塊鏈通信網絡。利用區塊鏈體系架構，可以實現量子通信中的拜占庭容錯機制、量子中繼網絡的分布式容錯控制，將目前基于高成本可信中繼節點的京滬干線升級基于低成本可容錯節點的廣域量子骨干網。

此外，袁勇還提及了量子計算+區塊鏈的其他潛在方向：如量子隨機區塊鏈，利用量子隨機數發生器設計新型區塊鏈共識算法，實現區塊鏈共識過程中的快速、安全和高效確認，解決區塊鏈性能缺陷。分布式量子計算則可利用區塊鏈技術匯聚算力，有效降低量子計算機的應用門檻。

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