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区(qū)块链和量子计(jì)算(suàn)的联系在于(yú)量(liàng)子计算(suàn)机是否能够破解区(qū)块链使(shǐ)用(yòng)的密码学

2020-11-20 07:57

区(qū)块链的安全是(shì)它的一(yī)个(gè)核心功能,所(suǒ)以区块(kuài)链(liàn)和量子计算的联系在于量子(zǐ)计(jì)算机是否能够破解区块链(liàn)使(shǐ)用(yòng)的密码(mǎ)学。这里面相关(guān)的密码学是公钥密(mì)码系统和哈希函数等。公钥密码学目前广泛的实现方(fāng)案,比如(rú)说RSA方案确实会(huì)被量子计算(suàn)机攻破,但(dàn)是现在学界已经发(fā)明了替代这些会(huì)被(bèi)量(liàng)子(zǐ)计算直接攻破(pò)的方案,这些替代(dài)的方(fāng)案叫做后量子密码学。意思是说目前还没有发现量(liàng)子(zǐ)计算机可(kě)以破解这些方案,很快业界会有(yǒu)后量子密码学的标准(zhǔn)。

  关于破解哈希函数,虽然(rán)量子计算机确实可以比(bǐ)经典计算机(jī)做的快(kuài),但是这个加速并不(bú)是非(fēi)常巨(jù)大的加速,所以只需要(yào)把实(shí)现哈(hā)希函数的比特数数目增加,比如说加(jiā)倍。量子计(jì)算(suàn)机目前知(zhī)道的算法也非常(cháng)难攻破。所以综合来讲,基于我们目前知道的量子计算机的(de)能力,只要我(wǒ)们谨慎(shèn)的选择,实现区块链密(mì)码学的(de)方(fāng)案,区(qū)块链在量子计算(suàn)机到了以后还会是安全的(de),这(zhè)是一点。

  第二,我们其实也很难排(pái)除未(wèi)来如果量(liàng)子算法有突破,上面的结论会(huì)不会被推翻了?我觉得是有可(kě)能,后量(liàng)子(zǐ)密(mì)码学应该叫做前量子密码学,也就是说(shuō)相对量子计算机的(de)安全是在(zài)人(rén)们(men)还没有发现量子计算机可以攻破它之前才(cái)存在,毕(bì)竟我们现在其实没有证明这些后量(liàng)子密(mì)码学的方案是不可能(néng)被攻破的(de),没(méi)有证明,哈希函数的破解(jiě),我们有些证据。我(wǒ)个人(rén)20年前也(yě)参与了这方(fāng)面的研究,有些证据说(shuō)量子计(jì)算机很难去(qù)翻转哈希(xī)函(hán)数,很难去(qù)破(pò)解哈希(xī)函数,但这些证据的(de)假设也不一定(dìng)成立(lì),所以(yǐ)这(zhè)听起来好像我刚才说不(bú)用(yòng)担心,现在(zài)又说要担心。

  那(nà)么(me)我最想表达的是(shì)说现代密码学的一个特点是基于假设,基于什么假设(shè)?基于说有(yǒu)些问题(tí)是非常难(nán)算的,但(dàn)是我们都没有证明(míng)什么很难(nán)排(pái)除,因(yīn)为算法的突破带来了破解。这个问题不光是量子计算机有(yǒu)可能有算法突破,经典计算机(jī)有经典(diǎn)算(suàn)法也(yě)有可(kě)能有突破(pò)。所以这就(jiù)为什么(me)说(shuō)在实际使用中(zhōng)的密码学必须(xū)经过学界和业界的广泛深入的研究,才能(néng)来(lái)保证算(suàn)法突破引起的攻破(pò)密码是很困(kùn)难的事情。所以我(wǒ)想讲的是说,这个风险(xiǎn)其实是整个密码学的风险,不是区块(kuài)链本(běn)身的(de)风险。

  所以大家(jiā)如果(guǒ)有(yǒu)想法(fǎ),量(liàng)子计算(suàn)如果未来(lái)再有(yǒu)突(tū)破,经(jīng)典算法有突破(pò),那区块链会不会就被(bèi)突破(pò)了?确实有安全隐患,但是(shì)这个(gè)隐患并(bìng)不比任何其他的使用密码学的其他的应用更不安全,这是第(dì)二点(diǎn)。

  第三点,也许您(nín)会想量(liàng)子(zǐ)密(mì)码,如果(guǒ)用量子来(lái)做密码,是不是能够比现(xiàn)在(zài)的区块链带来(lái)更高的安全?我觉得答案首先简(jiǎn)短的答案是确实,因为(wéi)量(liàng)子密码学通(tōng)过把安(ān)全放在物理理论的正确性上面也好,使得有些问题量子密(mì)码的(de)解决(jué)方案可(kě)以达到经典密码学没法达到的安全。两(liǎng)个著名的案例,QKD(Quantum Key Distribution)所(suǒ)谓的(de)量子密钥分发和一个Random Number Generator量(liàng)子随机数的(de)产生器。就像所有的密码学应用一样,区块链(liàn)的用户之间的安(ān)全通信都会用到密(mì)钥分发,随机数的产生器其实(shí)所有的密码学的协(xié)议都需(xū)要使用,所以区块链本身原则上也在使(shǐ)用这两个,它(tā)在实际的使用跟本身(shēn)的设计上都会使用到刚才(cái)讲(jiǎng)的密钥分(fèn)发(fā)、随(suí)机数产生器都(dōu)会使用(yòng)这些工具,所以区块链也会受益于这两个密码学的成(chéng)就。但是这(zhè)两个功能,他们跟区块链使用的密码学的功能其实(shí)是在逻辑上是独立的,所以也不能(néng)说在原(yuán)理上(shàng)目前的量(liàng)子密码的这两个主要的成就,会对区块链有直接的帮助。我(wǒ)觉得是一(yī)个对所有密码学的帮助,也会(huì)引发对区块链的(de)帮(bāng)助,但不会是直接的最大帮助。

  是不是有基于其(qí)他量子密码学(xué),然(rán)后(hòu)比现在基(jī)于(yú)经典密码学的区块链更安(ān)全,所谓的量子(zǐ)区块链会不会更安全呢?我想这是一个(gè)很好的研究问题,我(wǒ)个人并没有去研究,但(dàn)是我(wǒ)觉得是个(gè)很好的(de)一个研究的课题。
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