量子电脑会摧毁区块链吗?

Google 发表了他们最新的量子电脑Sycamore,目前传统最快的超级电脑需要耗费10,000 年才能证明的难题, Sycamore 可以在短短200 秒内完成!

对一般人而言可能觉得科技进步得真快,是个科技的重大突破,但是对于区块链圈子中的人而言,大家不但开心不起来,还非常害怕标榜高度安全性的区块链技术,会不会因为量子霸权的出现,而无用武之地?

什么是量子计算?

传统的计算机是采用二进位制,所有计算单位bit 都是“确定”的0 跟1 ,因此一般计算机晶片大部分是透过电晶体物理体积的缩小,让单位面积所能容纳的信息量增加,借此提升算力,但是元件的缩小是有其物理上的极限,不可能无限的缩小。

著名的思想实验「薛丁格的猫」提出了一个前卫的概念,在无法观测暗箱中的情况之下,里头的猫咪状态是处于「有死跟没死之间」的叠加态(Superposition),虽然乍听之下很玄,这其实是希望利用巨观的方式让大家理解微观世界量子力学的观念。

而量子电脑的原理就是除了原本的0与1多了一个「介于0跟1之间的叠加态」,这样的量子计算元被称为「量子比特(qubits)」,一个以上的量子比特会因为「量子纠缠」的现象交互作用,彼此产生关联,让整个系统处于一个状态。简单理解就是,如果我们拥有一部N个量子比特的量子计算机,一次的操作可以同时改变2^N个系数,因此就能够以指数级的成长来提升运算能力。

区块链的安全性有可能因此失效吗?

图片来源:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bitcoin_Address.png

以比特币来说
・私钥:由SHA-256算法随机生成32 bytes的随机数
・公钥:是由私钥透过非对称的椭圆曲线加密算法(ECDSA)转换而成
・地址:是由公钥进行SHA-256散列,再通过Base58将之编码成由数字及英文组成的字串

理论上,量子电脑可以使用Shor 演算法来破解非对称加密的ECDCA 演算法,但是需要具有4000 个qubits 的量子计算机才能真正透过公钥直接推出私钥,将里面的资产取出。目前最强的Sycamore 也仅仅只有53 个qubits。此外,量子计算机为了达成量子纠缠的状态,必须维持在绝对零度以及许多严格环境的限制之下,随着qubits 的数量越来越多,控制错误率的难度也越高,因此短时间内并不需要过度恐慌。

图片来源:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Quantum_Supremacy_(39188582795).jpg

退一步来想,量子计算技术普及之时,受到最大威胁的难道是区块链吗?如此强大的运算能力,遭到有心人士的利用,云端服务器、银行的安全系统甚至是国家安全机密资料,绝对会先一步成为下手的目标,也因此政府、大企业在研发量子电脑时,同时也着手研究抗量子运算的加密演算法,来抵御量子霸权带来的危害。

随着科技的进步,总有一天量子电脑绝对可以直接攻破现有的加密机制,但是区块链世界在这段期间也不会闲着,抵抗量子计算机的演算法逐渐被开发,未来真的遭受到量子霸权威胁时,也能透过全网的共识更改加密演算法,来防范量子电脑带来的安全性风险。

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