量子計算會終結區(qū)塊鏈技術的安全基因嗎

量子計算是一種遵循量子力學規(guī)律調控量子信息單元進行計算的新型計算模式。從計算的效率來看，由于量子力學疊加性的存在，目前某些已知的量子算法在處理問題時速度要明顯快于傳統(tǒng)的通用計算機。

在可見的將來，如果利用更高量子位的計算機對區(qū)塊鏈的加密算法進行破解，那么區(qū)塊鏈一直以來的安全性優(yōu)勢是否就不復存在了呢？

網(wǎng)友：區(qū)塊鏈所基于的nonce-SHA256能在可預見的未來被算力暴增所攻破嗎？

區(qū)塊鏈靠著大量變換nonce值尋求一個被指定區(qū)域的hash值來保證安全以及貨幣的有價值性（需要大量算力）。但是我一直覺得區(qū)塊鏈不靠譜的原因是這只是基于現(xiàn)在計算機計算速度不夠高的情況下，如果10、20年內量子計算機或者其他革命技術被發(fā)明，那么不就整體攻破區(qū)塊鏈體系了嗎？

陳曉東：的確區(qū)塊鏈技術大量依賴了哈希算法的計算。舉一個例子：比特幣里面通用的地址生成過程如下表所示，里面包含了多次哈希值的計算，利用了兩種哈希算法：SHA256和RIPEMD160。

換一個場景，共識機制POW是如何尋（挖）找（礦）那個Nonce值得呢？基本過程如下：

假如說：已知明文Text，變換一個值 Nonce， 求SHA256（Text + Nonce）的結果是小于等于某個數(shù)值N，也就是說32Bytes或者256比特的數(shù)值里面高位至少有n個0。其查詢偽代碼（pseucode）如下：

可以說上面其實就是一種暴力（Brute force）破解法，這是因為目前SHA256沒有任何快速高效解法來反向推導出來。那么假如這個數(shù)值等于1，也就是說最多有可能要嘗試2^256次數(shù)才能找到那個Nonce值。而2^256是一個天文數(shù)字，是現(xiàn)在所有超級計算機加起來計算上億年都無法完成的計算（可能是現(xiàn)在全網(wǎng)計算能力的萬億*萬億*萬億倍在71430540814238958387154年完成，而太陽在5000000000年后能源耗凈）。

但是量子計算就是更擅長暴力計算的一種技術。因為普通的計算是以一個輸入元素為基本運算單位來進行一次運算，但是量子計算是以輸入一批元素或者是元素集合作為一次運算。假如說一種量子計算機有n個量子位（Qubit），那么它一次計算可以完成普通計算機的2^n次計算。但是目前全世界量子計算機可以實用的最高只有20個量子比特，也就是一次計算可以完成普通計算機的2^20次或者是1048576次。如果用它來破解SHA256，其實還是屬于蚍蜉撼樹。而且在區(qū)塊鏈里面的哈希值通常是經過2次哈希的計算，也就是說有2^256 x 2^256 = 2^512次計算可能。如果量子計算機有一天達到256個量子比特計算能力，那么仍然需要2^256次計算才能暴力破解。如果量子計算機有一天達到了512個量子比特計算能力，那么為啥不可以做三次或者以上的連續(xù)SHA256哈希呢？這就像是矛和盾的關系。

同樣的，我們來看一下密碼學里常用的像RSA/ECC/ECDSA之類的非對稱加密算法， 也就是說由私鑰可以推導出公鑰，但是反之就不行。這個意思就是沒有快捷路徑由公鑰去算出私鑰。而私鑰通常由1024比特位，甚至很多系統(tǒng)或者應用已經改成默認支持2048比特的私鑰生成和使用率。然而目前比特幣這樣的公鏈采用的是256比特位長度的私鑰，也就是說暴力破解私鑰需要計算接近2^256次。如果覺得因為量子計算機出現(xiàn)，這個計算次數(shù)不夠大了，那么很簡單，我們可以加大私鑰的位數(shù)，比如說改成2048比特位，也就是需要大約2^2048次計算來暴力破解，那么現(xiàn)有或者未來很長一段時間里面人類能發(fā)明的量子計算機都是無法破解的。而且可以持續(xù)水漲船高，來保持這種優(yōu)勢的。另外一種和哈希組合類似，我們也可以連續(xù)對一個明文組合加密，里面加上一定的Salt，那么也同樣相當于增強了暴力破解所需的嘗試比特位數(shù)。除非是有人突然間發(fā)明了更高量子位的計算機而加密算法采用的比特位沒有提升，那么這種突然產生的優(yōu)勢可以讓這個人獲得壓倒性的優(yōu)勢而破解各種機密。不過這種可能性目前看來是小之又小的，大可不必杞人憂天。

另外再試想一下，如果我們改變哈希算法，利用量子加密技術，以彼之盾，防彼之矛呢？是不是這個問題就更加迎刃而解了。所以我們大家共同來拭目而待吧。