量子計算對加密貨幣的威脅是什麼

了解量子計算

量子計算是一種革命性的計算方法，它利用量子力學原理（例如疊加和糾纏）對數據進行操作。與使用位（0s和1s）處理信息的古典計算機不同，量子計算機使用Qubits ，使它們可以同時處理大量數據。該功能使量子計算機可能是某些類型問題的當前系統強大的數千倍。

在加密技術的背景下，該密碼為包括區塊鏈技術在內的大多數現代數字安全系統，該計算能力帶來了重大風險。在暴露於量子攻擊時，確保當今交易的算法可能會變得脆弱。

RSA和ECC加密漏洞

許多加密貨幣方案的主幹依賴於非對稱加密，尤其是RSA和橢圓曲線加密術（ECC） 。這些加密方法是基於解決數學問題（例如整數分解或離散對數）的難度，古典計算機認為計算昂貴的任務。

但是， Shor的算法是Peter Shor於1994年開發的量子算法，可以使用足夠大的量子計算機有效地解決這些問題。如果按大規模實施，它可能會破壞RSA-2048或SECP256K1 ，Bitcoin和以太坊中使用的曲線，有效地損害了私鑰並暴露了資金。

對區塊鏈簽名方案的影響

大多數加密貨幣都使用數字簽名來驗證交易。例如， Bitcoin使用ECDSA（橢圓曲線數字簽名算法） ，這將容易受到量子攻擊的影響。具有訪問功能足夠的機器的量子對手可以從其公共密鑰中得出用戶的私鑰，從而使他們能夠進行交易並竊取資金。

此外，如果區塊鍊網絡未實施地址重複使用保護或遠期保密，那麼一旦量子解密變得可行，即使先前使用的地址也可能會變得容易受到影響。這種情況強調了沒有Quantum耐量牌簽名方案的傳統系統如何面臨追溯性剝削。

可能的對策和量子後密碼學

為了減輕量子計算帶來的風險，研究人員一直在開發量子後加密算法。其中包括：

• 基於晶格的密碼學
• 基於哈希的標誌，例如括約肌+
• 基於代碼的密碼學，例如mceliece
• 基於多元季度方程的系統

這些替代方案旨在抵抗量子攻擊，並通過NIST的Quantum加密標準化項目等計劃進行標準化。將這些方案整合到現有的區塊鏈中需要進行大量升級和硬叉，但對於長期安全至關重要。

一些項目，例如抗量子分類帳（QRL） ，已經採用了基於哈希的簽名，以防止其網絡免受量子威脅。

當前對加密貨幣威脅的狀態

儘管存在理論上的風險，但在短期內，對加密貨幣的實用量子攻擊仍然不可能。截至目前，尚無公開可用的量子計算機具有破壞常用的加密標準所需數量的穩定量子。大多數量子處理器在數十個至數百個嘈雜的量子位範圍內運行，遠低於有效運行Shor算法所需的數千個錯誤校正量子的估計量子。

儘管如此，加密社區正在積極準備，認識到一旦出現了可行的量子計算機，任何依賴傳統不對稱加密的系統都將面臨風險。該準備工作包括分散網絡之間的算法升級和基礎架構變化。

邁向量子阻力的操作步驟

對於希望保護其區塊鏈免受量子威脅的開發人員和協議維護者，這是一些建議的步驟：

• 審核密碼依賴性以識別脆弱的組件。
• 將Quantum後簽名方案集成到錢包軟件和節點實現中。
• 在可能的情況下對用戶進行地址重複使用並促進一次性使用地址。
• 監視NIST標準化的進展，以採用經批准的量詞後算法。
• 實施在過渡階段結合經典和量子安全算法的混合密碼模型。

每個步驟都涉及利益相關者之間的仔細計劃，測試和協調，以確保向後兼容，同時增強安全性。

常見問題

問：量子計算機可以更快地挖掘Bitcoin？答：雖然量子計算機理論上可以優化某些哈希過程，但Bitcoin挖掘主要依賴於SHA-256 ，這對Grover的算法等已知的量子加速有抵抗力。因此，與經典的ASIC農場相比，量子採礦優勢受到限制。

問：所有加密貨幣是否同樣容易受到量子攻擊的影響？答：不。使用ECDSA或類似方案的加密貨幣更脆弱。那些探索或實施抗量子簽名的人明顯更安全。

問：我們應該多久期望量子威脅會影響加密貨幣安全性？答：假設當前的技術軌跡，實用的量子攻擊可能是數十年之外的。但是，由於加密過渡所需的長時間提前時間，鼓勵主動措施。

問：像SHA-256這樣的對稱加密是否也有量子計算的風險？答：對稱加密不太脆弱。儘管Grover的算法可以降低其有效強度，但將密鑰尺寸加倍（例如，從128位移動到256位），即使對量子對手也具有足夠的阻力。