DAOrayaki |量子计算运行加密货币常用的经济模型

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赏金总量:55 USD

研究种类:Quantum Computing, Economic Model, Crypto

原文作者: Andrew Singer

创作者:zhixuan@DAOrayaki.org

审核者:Yofu@DAOrayaki.org

原文:  Quantum computing to run economic models on crypto adoption

加密货币领域将会有10年甚至更少的时间来开发一系列的措施,以防御量子计算机能够破解椭圆曲线密码学的强大能力。

从各个方面来看,利用了原子 "自旋 "技术而不是电荷来代表二进制的1和0的量子计算(QC)正在飞速发展。如果量子计算能够大规模地被实现,它必将成为社会的福音,并有助于提高农作物产量,设计出更好的药品和制造更安全的飞机,以及带来其他不同的好处。

当然,加密货币领域也一样可以获得好处。例如,就在上周,加拿大银行资助的一个项目利用了量子计算模拟了在加拿大金融组织中加密货币的采用情况。

加拿大银行数据科学主任Maryam Haghighi在一份新闻稿中说:”我们计划在对于一个使用传统计算技术难以解决的研究案例上测试量子计算的能力”。

然而,也有人担心量子计算独有的强大“暴力破解”能力能够破解区块链的加密结构,而这种加密结构自比特币(BTC)诞生以来就发挥着其作用。当然,也有人说量子计算机能够识别作为比特币私钥关键成分的巨大素数也只是迟早的问他而已—假设没有开发相关的防御措施。

综上所述,最近发表的一篇论文计算了复制一个BTC私钥所需的量子能量,论文的作者们(与苏塞克斯大学有关)解释道:也就是“破解比特币网络中256位椭圆曲线加密密钥所需的物理量子比特数”。

能够肯定的是,这绝对不是一个轻松简单的事情。比特币将公钥转换为私钥的算法是 "单向的",这意味着从私钥生成公钥是很容易的,但如果使用现在的计算机,想从公钥推导出私钥几乎是不可能的。

而且,这一切都必须在大约10分钟内完成,因为这是公钥在比特币网络上暴露或者处于脆弱状态的平均时间。它也预测,在利用KECCAK算法 "散列 "公钥以生成BTC地址的方式还没成为普遍的做法之前,大多数人在比特币早期阶段的公钥与BTC地址的生成方式是相同的。据估计,现有的比特币中大约有四分之一使用着未哈希的公钥。

基于这些局限,作者估计需要19亿个量子比特才能在10分钟内破解一个比特币私钥。量子比特,或也被称量子位,类似经典计算中的 "比特 "。相比之下,至今大多数的原型量子计算机可以释放出50-100个量子比特,就连IBM最先进的Eagle量子处理器也只可以管理127个量子比特。

图为IBM Q系统一号,第一台基于电路的商业量子计算机。来源:IMB调研

换句话说,这仅只有127个量子比特,而在AVS量子科学论文中提出的使用大规模陷落离子量子计算机来破解比特币的安全性需要19亿个量子比特。

Mark Webber,是萨塞克斯大学拆分出来的公司Universal Quantum的量子架构设计师,也是该论文的主要作者,他说:"我们预测的要求[...]表明了比特币目前来说应该是安全的,并不会受到量子攻击,但量子计算技术正在迅速发展,而定期的突破会影响这个预测,导致这类攻击在未来10年内成为一种非常可能的情况。”

这威胁现实吗?

比特币的安全性真的会被破解吗?日本立命馆大学机械工程教授宫野高哉告诉Cointelegraph:"我认为量子计算机可以破解加密货币,虽然不是在几年后,但会在10到20年后。”

宫野最近带领了一个团队开发一个基于混沌的数据流加密,旨在抵御大规模的量子计算机攻击。

大卫-乔姆(David Chaum)在去年为Cointelegraph撰文,也敲响了警钟——不仅是为了加密货币,也是为了更广泛的社会。

"对于一个如此依赖互联网的社会来说,也许最可怕的是,量子级别的计算将我们所有的数字基础设施置于危险之中。我们当代的互联网是建立在密码学之上的——使用密码和钥匙来保证私人通信和数据存储的安全。”

同时,像比特币和以太币(ETH)这样的加密货币来说,"这是告诉对加密货币有基本概念的人,一台足够强大的量子计算机可能意味着数十亿美元的价值被盗,或者整个区块链被完全摧毁,"Chaum继续说道。

咨询公司德勤(Deloitte)估计,有超过400万个BTC "有可能受到量子攻击",这数字包括了使用未加密公钥或重复使用BTC地址的持有者,这是另一种不明智的做法。按照目前的市场价格,这相当于约1710亿美元的风险。

荷兰德勤公司的量子安全负责人、也是世界经济论坛的项目研究员伊坦-巴米斯(Itan Barmes)告诉Cointelegraph:"我个人认为,我们目前无法对量子计算机破解BTC的加密所需时间做出很好的估计"。他说:然而,至今许多专家估计10-15年。这些估计中,也有许多是针对没有时间限制的加密破解。在10分钟内完成这一切将更加困难。

不仅仅是比特币,其他加密货币也可能会受到攻击,包括那些采用权益证明(PoS)验证机制的货币;比特币使用的是工作证明(PoW)协议。"如果区块链协议暴露公钥的时间足够长,在量子攻击下自然就会变得脆弱,"纽约大学物理学家和Tim Byrnes的量子研究小组成员Marek Narozniak告诉Cointelegraph。"这可以让攻击者伪造交易或冒充PoS系统区块生产者的身份。"

是时候准备了

这看来,加密货币行业可能有大约十年的时间来为潜在的QC攻击做好准备,这一点至关重要。纳罗兹尼亚克指出:

"我们有足够的时间来开发抗量子计算的密码学标准,并为目前正在使用的区块链协议制定适当的分叉。”

当他被问及到是否有信心在10分钟屏障被破解之前,及时开发出抗量子计算密码学来挫败黑客时,德勤的Barmes提到了他最近共同撰写的一篇关于以太坊区块链的量子风险的论文,其中描述了两种类型的攻击:存储攻击和过境攻击。第一种 "执行起来不那么复杂,但为了防御它,你不一定需要更换密码学算法"。另一方面,他告诉Cointelegraph:

“过境攻击更难被执行,也更难去防范。有一些候选算法被认为是可以抵抗量子攻击的。然而,它们都有性能上的缺陷,可能不利于对区块链的适用性和可扩展性。”

其他人也指出比特币有一些自带的弹性,像是比特币改进提案程序,但正如电子货币先驱Chaum告诉Cointelegraph的那样:"我们不应该依赖这些不能立即应对攻击,冗长而复杂的程序。我们现在就需要建立系统[......],在灾难发生之前就已经是抗量子攻击的了。"

这是一场腕力竞赛吗?

那么这样看来,这领域正在展开的似乎是一种腕力竞赛——随着计算机越来越强大,我们必须开发出防御性的算法来应对威胁。

纳罗兹尼亚克说:"这整体模式对我们来说真不是一件新鲜的事。”我们也在其他行业看到了这一点。“ 创新被引入世人眼帘,而其他人试图窃取它们,盗版防护机制也因此被开发出来,这也顺带激起了更聪明的盗窃装置。

Narozniak补充说:"使这个抗量子计算密码学的案例有点特别的是,量子算法强加了一个更剧烈的变化。终究,这些设备是基于不同物理学的,对于某些问题,它们提供了不同的计算复杂性。”

确实,QC利用了量子力学的一个不可思议的特性,那就是一个电子或原子粒子可以同时处于两种状态。在经典计算中,电荷代表的信息要么是0,要么是1,这是固定的,但在量子计算中,一个原子粒子可以是0和1,或者是1和1,或者是0和0等等。如果可以利用这种独特的性质,计算能力就会爆炸性的翻倍。QC的发展,与Shor的算法——1994年首次描述为一种理论上的可能性,但很快就会成为影响广泛的现实,许多人也认为——有可能会使,被用于互联网的大部分领域,包括网站和电子邮件的RSA加密决裂。

宫野告诉Cointelegraph:"无可否认,这是一场非常艰难和令人兴奋的武器竞赛。由于计算机的发展和机器上运行的数学算法的进步,对加密系统的攻击——包括侧面通道攻击——正变得越来越强大。任何加密系统都可能会因为一个令人难以置信的强大算法的出现而突然被破解。"

模拟金融关系

然而,人们不能就一味认为量子计算对加密货币领域的影响将是完全有害的。负责领军在加拿大银行进行的上述项目的Multiverse Computing公司首席技术官Samuel Mugel解释说:在试点中,他们能够模拟一个金融关系网,而其中一家公司可能做出的决定高度依赖于其他公司的决定,他向Cointelegraph再进一步解释说:

"像这种博弈论的网络,对于普通的超级计算机来说是很难解决的,因为会有更多的最优行为可能会被忽略。量子计算机有办法更有效地处理这种类型的问题。”

基于量子力学的设备有可能提供其他独特的可能性,Narozniak补充说:"例如,与经典的形态不同,量子的形态不能被复制。如果使用量子形态来代表数字代币,无克隆定理将自动保护它们不被重复消费。"

Narozniak说:“量子缠结也可用于保护量子智能合约。"代币有可能在合约执行过程中被缠结,如果智能合约并没有按照约定来执行,双方都容易遭受到损失。"

开发抗量子计算密码学

总而言之,量子计算对加密领域的威胁似乎是属实的,但需要巨大的力量来破解加密货币的基础密码学,而且黑客还必须在严格的时间限制下执行——例如,只有10分钟来渗透一个BTC的私人密钥。我们需要至少多十年的时间,使用量子计算破解比特币的椭圆曲线加密才有可能实现。然而,加密领域现在就需要开始开发抵御措施。Barmes说:"我想说,我们应该按时准备就绪,但我们也需要开始认真对待。"

事实上,目前已有大量关于"抗量子计算的加密货币"的研究正在进行中,加州大学伯克利分校计算机科学部教授Dawn Song告诉Cointelegraph,并且补充说:

"最重要的是,我们要开发抗量子计算的密码学,这样当量子计算机在现实中足够强大时,我们就有了替代方案。”

参考文献:

1.IBM调研:

%5B%3Chttps:/www.flickr.com/photos/ibm_research_zurich/51248690716/%3E%5D(%3Chttps:/www.flickr.com/photos/ibm_research_zurich/51248690716/%3E)


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