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直面量子計算威脅,數字貨幣在對抗中成長

“這與‘矛’和‘盾’一樣,只要有盾,就一定有矛……”日前,華為公司創始人、首席執行官任正非在談及信息安全時如是說。

任正非口中的“矛”和“盾”,分別指的是基于區塊鏈加密技術的數字貨幣和基于量子計算機的破譯密碼技術。

那么,到底是“矛”更尖銳,還是“盾”更堅固呢?當兩者相遇,又會發生什么?

對此,中國科學技術大學中國科學院量子信息重點實驗室教授韓正甫近日對科技日報記者表示,區塊鏈主要是用非對稱加密算法來保護數字貨幣安全,而量子計算機以其無可比擬的計算能力,對上述加密算法形成威脅,使之可能被破解。

“通俗來說,為抵抗量子計算,加密算法需編制得更精密;為破解加密算法,量子計算機的性能需要更強勁。未來,構造數字貨幣的加密算法將與量子計算展開博弈,兩者間或有一戰?!表n正甫說。

強大算力對加密算法構成威脅

“到目前為止,業界對數字貨幣的定義尚未形成一個統一的標準?!睆氖聟^塊鏈平臺開發、建設與運營工作的微觀(天津)科技發展有限公司首席運營官石卓對科技日報記者說,從廣義上來講,數字貨幣泛指一切以電子形式存在的貨幣,而狹義的數字貨幣一般特指以區塊鏈加密技術為基礎的密碼貨幣,即區塊鏈貨幣。如今,在“幣圈”比較流行的比特幣、以太幣、瑞波幣、萊特幣等,指的都是區塊鏈貨幣。

“可以說,比特幣是數字貨幣的鼻祖,目前市場上的數字貨幣種類不少,但通常都是基于區塊鏈技術,只是在技術細節上存在些許不同?!笔拷榻B說,區塊鏈因具有去中心化、不可篡改的特性而被廣泛接受,它奠定了公眾對數字資產的信任。而量子計算技術,可能會威脅作為區塊鏈安全支柱的非對稱加密算法的完整性,業界對此頗為憂慮。

這種威脅,主要來自量子計算機強大的計算能力。韓正甫介紹說,當前的密碼科學其本質就是數學,多數密碼其實就是由復雜模型轉化成的數學難題。比如,RSA密碼利用的就是簡單乘法?!芭e例來說,127×733=93091,這是個簡單的乘法等式,如果有人能很快推算出93091是127和733的乘積,那這個密碼就被破解了。若乘積是一個100位的數字,那從這個乘積去倒推它是哪兩個數的乘積,就是一個非常復雜的問題?!表n正甫說。

“區塊鏈加密技術,主要采用的是非對稱加密算法。在非對稱密碼中,加密和解密用的‘鑰匙’是不同的,通常一個是公開的,被稱為公鑰;另一個是保密的,被稱為私鑰。公鑰與私鑰是一對,它們都是用算法生成的,如果用公鑰對數據進行加密,那么只有用對應的私鑰才能解密。如果給出私鑰,很容易就能推導出其對應的公鑰,但私鑰一般都是保密的,用公鑰反向推導私鑰則十分困難,計算過程會特別復雜,這就是比特幣安全的原因?!表n正甫說。

韓正甫介紹道,以前設計的密碼都是抗電子計算機破解的,傳統電子計算機需要一步步去求解,這種計算方式叫串行計算。有時為求解一個數值,電子計算機可能要算上萬年,這樣就在一定程度上保證了密碼的安全性。

然而,這道計算難題,似乎能被量子計算機破解。量子計算機采用的是并行計算機制,即多步驟同時進行,這樣計算速度就比電子計算機的串行計算機制快很多,特別是在處理復雜問題上。

“借助量子計算機,從公鑰反向推導私鑰,計算難度有望被大大降低。以前,用傳統電子計算機需要經過上萬年才能破解的密碼,可能量子計算機3天就能將其破解,從理論上說,量子計算機是非對稱加密算法當前遇到的最大‘敵人’?!表n正甫說。

量子計算軟件尚難攻破“幣門”

“想要破解密碼,光有量子計算機這個硬件不行,還需要軟件,即解密算法,需‘軟硬兼施’,兩者缺一不可。目前一般認為,肖爾算法和格羅弗算法,這兩種解密算法,是公認的量子計算算法?!表n正甫說。

為比特幣提供安全保障的,主要是兩類密碼:一個是在“挖幣”過程中使用的哈希算法密碼,另一個是在區塊鏈上提供數字簽名的算法密碼。在“挖幣”時,哈希算法會為每個區塊計算出一個隨機數,這個過程所得到的結果極易被驗證,但很難被破解者找到。

“從理論上來說,量子計算機可破解目前正在使用的一些傳統密碼,但具體怎么破解,目前還沒有成功的案例。不過,肖爾算法是最早被證明可在量子計算機上破解非對稱加密算法的解密算法?!表n正甫介紹道,早在1995年,肖爾算法的研制者——數學家彼得·肖爾就宣布,如果有量子計算機,他就可破解當時普遍使用的非對稱密碼——RSA密碼。

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