量子计算会打破区块链加密的牢不可破的魔咒吗？

陈曦

“这就如同‘矛’和‘盾’一样，只要有盾，就一定有矛……”日前，华为创始人兼CEO任正非在谈到信息安全时这样说。

任正非口中的“矛”和“盾”，分别指的是基于区块链加密技术的数字货币和基于量子计算机的密码技术。

那么，究竟是“矛”更锋利，还是“盾牌”更强？ 两人相遇会发生什么？

对此，中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室教授韩正富近日对科技日报记者表示，区块链主要采用非对称加密算法来保护数字货币的安全，而量子计算机依靠的是其无与伦比的计算能力。 能够对上述加密算法构成威胁，使其成为被破解的可能。

“说白了，为了抵御量子计算，加密算法需要编得更‘扎实’；为了破解加密算法，量子计算机的性能需要更强。未来，加密算法对于构建数字货币将与量子计算竞争。偶尔会有一场战斗。” 韩正甫说道。

强大的计算能力对加密算法构成威胁

“到目前为止，业界还没有对数字货币的定义形成统一的标准。” 从事区块链平台开发、建设和运营的维维（天津）科技发展有限公司首席运营官史卓告诉科技日报记者，从广义上讲，数字货币泛指指所有以电子形式存在的货币，而狭义上的数字货币泛指基于区块链加密技术的加密货币，即区块链货币。 现在“币圈”比较流行的比特币、以太坊、瑞波币、莱特币等，都是指区块链货币。

“可以说，比特币是数字货币的鼻祖。市场上的数字货币种类繁多，但通常都是基于区块链技术，只是在技术细节上存在一些差异。” 施卓表示，区块链以其去中心化、不可篡改的特点被广泛接受，建立了公众对数字资产的信任。 量子计算技术可能威胁到作为区块链安全支柱的非对称加密算法的完整性，业界对此颇为担忧。

这种威胁主要来自于量子计算机强大的计算能力。 韩正富表示，当前密码学的本质是数学，大部分密码其实都是复杂模型转化而来的数学问题。 例如，RSA 密码使用简单的乘法。 ”比如127 x 733 = 93091，这是一个简单的乘法方程。如果有人能快速推导出93091是127和733的乘积，那么密码就破解了。如果乘积是100位数字，它从这个乘积中推断出它是哪两个数字的乘积是一个非常复杂的问题。” 韩正甫说道。

”区块链加密技术主要采用非对称加密算法。在非对称加密中，用于加密和解密的‘密钥’是不同的。通常一个是公开的，称为公钥；另一个是机密的，称为私钥。”公钥和私钥是一对，都是通过算法生成的，如果数据是用公钥加密的，那么只有对应的私钥才能解密，如果给定私钥，很容易推导出对应的公钥，但是私钥一般都是保密的，从公钥反推私钥非常困难，计算过程会特别复杂，这就是为什么比特币是安全的。” 韩正富说道。

韩正富介绍，过去设计的密码是抗电子计算机破解的，需要传统电子计算机一步步破解。 这种计算方法称为串行计算。 有时为了解出一个数值，电子计算机可能需要数万年的时间，这在一定程度上保证了密码的安全性。

然而，这个计算问题似乎被量子计算机破解了。 量子计算机采用并行计算机制，即多个步骤同时进行，使得计算速度比电子计算机的串行计算机系统快很多，特别是在处理复杂问题时。

“借助量子计算机，从公钥逆向推导私钥，有望大大降低计算难度。以往用传统电子计算机破解一个密码需要数万年“可能3天就被量子计算机破解。从理论上讲，量子计算机是目前非对称加密算法遇到的最大‘敌人’。” 韩正甫说道。

量子计算软件仍难突破“币门”

“想要破解密码，只需要量子计算机的硬件，还需要软件，也就是解密算法，需要‘软硬兼顾’，算法是公认的量子计算算法。” 韩正甫说道。

为比特币提供安全保障的密码主要有两种：一种是“挖币”过程中使用的哈希算法密码，另一种是在区块链上提供数字签名的算法密码。 “挖币”时，哈希算法会为每个区块计算一个随机数。 这个过程得到的结果很容易验证，但破解者很难找到。

“从理论上讲，量子计算机可以破解目前使用的一些传统密码，但是如何破解还没有成功的案例。但是，秀尔算法是第一个在量子计算机上证明可以破解非对称加密算法的解密算法。” 韩正富介绍，早在1995年，肖尔算法的发明者、数学家彼得·肖尔就宣布，如果有一台量子计算机，他就能破解当时常用的非对称加密——RSA密码。

不过，目前 Shor 算法仍难以“抵抗”哈希算法，而 Grover 算法仍难以对基于区块链技术的密码造成太大威胁。 但是由于Shore算法和Grover算法是公开的，所以数字货币的开发者在设计的时候会刻意回避。 “目前为止，虽然没有人能够破解哈希算法，但也不能说量子计算机无法破解哈希算法。” 韩正富补充道。

“除了哈希算法和签名算法，未来可能还会有其他的密码学技术应用到数字货币上。如果数字货币设计得不好，不用量子计算机，传统计算机也能解体。” 韩正富表示，随着计算方法和技术的进步，目前尚未破解的密码学难题，未来也有可能被数学家攻克。

双方处于博弈状态，相互推动，取得进步

在数学家积极寻找破译密码的“钥匙”的同时，密码学专家也在积极寻找对抗量子计算机的“武器”。

“目前，有一些候选密码有望抵抗量子计算。” 韩正甫说，如格密码。 开发并使用它作为密码。 但是，由于量子计算机的强大，它们对密码的攻击是底线，各种密码在它面前很容易露出破绽。 在这种情况下，格密码又被科学家“挖掘”出来，目前正在重新设计，希望用它来抵御量子计算机的威胁。

史卓表示，有人认为应用多种密码学联合机制可以抵御量子计算机攻击。 例如，基于散列算法的密码、基于纠错码的密码、基于格的密码、多元二次方程组密码等量子计算能破解比特币吗，可以组合使用。 但是这种方法不适合数字货币，因为密钥长度太长，签名信息很长，计算时间太长。 但未来可以通过技术迭代来弥补这些技术短板，利用多种密码学联合机制，开发出能够抵抗量子计算机攻击的数字货币。

任正非表示，除了通过技术手段，数字货币的安全最终还是要有法律保障。 “为什么假币不能流通？因为一旦发现假币，警察就会抓你，抓到你就会找到源头，源头的人可能会被判刑。” “有法律的威慑力，假币就无法流通。货币安全才能得到保障。因此，信息安全首先是一个技术问题，但最终的解决还是要靠法律。” 任正非说。

“到目前为止，量子计算机还没有研制出来，这些反量子计算密码学的研究还处于起步阶段量子计算能破解比特币吗，”韩正富说。

史卓还表示，量子计算机要真正成熟还需要很长时间。 在此期间，区块链的加密算法将不断迭代升级。 双方处于博弈状态，共同推动对方技术的进步与发展。 .