量子计算时代的曙光对区块链意味着什么?

An inside look at an ion trap within Quantinuum's quantum computer, which processes data using trapped-ion technology, Broomfield, U.S.
In the wrong hands, quantum computing could be used to hijack billions of dollars worth of cryptocurrencies.Image: REUTERS
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  • 量子计算可能颠覆人们对区块链安全性的既有认知。

  • 如果落入不法分子之手,技术高超的攻击者可能直接从钱包中窃取加密货币,甚至在加密货币从一个钱包转移到另一个钱包的过程中下手。

  • 尽管这项技术目前尚未发展到这一步,我们必须现在就做好准备,以减轻未来的威胁。

量子计算已到达一个关键转折点。风险投资家正向这项技术注入大量资金,公共部门的相关倡议也在加快步伐,探索量子计算可能在社会中发挥的作用。

随着量子计算不断发展,它将把现有技术领域推向未知境地,其中或许没有哪个领域会像区块链这样受到如此大的影响。

区块链技术本身是一项相对较新的创新,它使各方能够在不受中央机构管辖的系统中进行点对点交易。区块链不要求人们信任中央机构,而是通过密码算法的特性构建信任框架。

只要这些算法被认为是安全的,不遵守规则的活动(例如非法加密货币交易)就会被舍弃,从而激励参与者诚实行事。目前及可预见的未来,人们都认为这些算法能够抵御强大的超级计算机。

然而,随着量子计算机不断发展,这一假设有被颠覆的风险,可能使价值数千亿美元的加密货币暴露在高超的网络犯罪分子面前。

尽管量子计算仍处于相对早期的发展阶段,专家已经预测,掌握量子计算能力的行为者可能利用量子计算带来的优势,窃取大量加密货币。

在近期至中期,新技术和新算法可能通过两种主要攻击方式颠覆既有的数字安全实践:存储攻击和传输攻击。

存储攻击

在所谓的存储攻击中,攻击者会瞄准易受攻击的地址——即钱包公钥保存在区块链上的地址——窃取资金。

近期一项研究发现,流通中的比特币有25%,以太币(以太坊网络中的代币)有65%存放在已公开公钥的地址中。这意味着,只要资源充足,量子计算机就可能窃取这些资产。

价值数千亿美元的加密货币可能容易受到存储攻击。

据估计,实施此类攻击所需的计算能力约为1000万个量子比特——这一计量单位可以理解为相当于标准计算中使用的普通比特。

这远远超过我们目前拥有的约一百个量子比特。不过,科学家预测,量子计算机可能会在10到15年内达到1000万个量子比特。

防范此类攻击,需要资金持有者避开易受攻击的地址,或将资金从这些地址转移到公钥未公开的地址——说起来容易,做起来也许并不简单。

传输攻击

在传输攻击中,拥有大规模量子计算能力的恶意行为者可能试图劫持正在传输的区块链交易,并将资金转到自己的地址。

这种攻击的影响范围更大,因为它适用于所有交易。不过,实施起来也更困难,因为必须在矿工处理交易之前完成攻击。

在正常情况下,以太坊的交易处理窗口只有几十秒,比特币则有几分钟。

实施这种高强度攻击可能需要数十亿个量子比特,因此传输攻击的风险低于存储攻击,但仍值得考虑。

缓解传输攻击也并非易事。这需要将区块链底层的加密签名算法更换为一种能够抵御量子攻击的算法。

缓解量子计算威胁

考虑到这些挑战,一个两难问题浮现出来:是否应投入资源,对区块链协议进行有限修改,以缓解存储攻击,并争取时间,观察传输攻击在实践中是否真的可行?这种做法所需的干预较小,但长远来看,钱包可能仍然容易受到攻击。

还是应该直接转向新的加密算法?这将是幅度大得多的变革,也伴随着更多未知因素。

这些问题凸显了公有区块链治理结构的复杂性。由于区块链具有去中心化特征,其具体实现需要广泛达成共识,才能修改协议。

量子计算机的发展仍有许多未知之处,而缓解不同层级威胁又需要付出巨大努力,所需的广泛讨论可能妨碍及时采取行动。

如果我们不希望量子革命被此类安全挑战掩盖,就必须及时采取行动,降低风险。

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