量子计算机对比特币安全构成的威胁：已经迫在眉睫
来源 | MIT Technology Review
编译 | 真传财经
导语：安全专家认为，量子计算机的巨大计算能力将在10年内破解比特币安全。
现在，人们对比特币的争议并不少。比特币已经在其安全方面经受了各种风浪。但这并不能保证它在未来能够很好地应对。有一件事是肯定的：随着第一台强大的量子计算机在未来几年上线，改变的压力将会增加。
比特币（数字货币）正在风靡世界。去中心的数字货币系统是任何人都可以使用的安全支付平台。它不受政府干预，并由开放的点对点网络运营。
这种独立性是比特币如此受欢迎的原因之一，导致其价值急剧上升。2017年初，一个比特币的价值约为1,000美元。到2017年12月，这已经上涨到20000美元左右。事实上，加密货币市场的总价值约为1500亿美元。
比特币的一个重要特点是其安全性。比特币有两个重要的安全功能，可以防止他们被盗或复制。两者都基于难以破解的密码协议。换句话说，他们利用数学函数，如因式分解，这些函数在一个方向上很容易，但在另一个方向上很难 - 至少对于普通的经典计算机来说。
比特币会在多久后被量子计算机攻击：迫在眉睫
但即将出现问题：量子计算机可以轻松解决这些问题。第一台量子计算机目前正在开发中。
这就产生了一个迫切的问题：比特币对于未来几年内可能发生的量子攻击有多安全？
今天，得益于新加坡国立大学Divesh Aggarwal和几位朋友的工作，我们得到了答案。这些人研究了量子计算机对比特币造成的威胁，并说危险是真实的，迫在眉睫。
首先是一些背景。比特币交易存储在一个分布式账本中，用于整理特定时间段内执行的所有交易，通常约为10分钟。这个称为块的集合还包含前一个块的加密散列，其中包含之前块的加密散列，等等。因此术语叫做区块链。
（哈希是一个数学函数，可将任意长度的数据集合转换为一组特定的长度。）
新块还必须包含一个随机数（nonce），它具有特殊属性。当此随机数与块的内容进行散列或数学组合时，结果必须小于某个特定的目标值。
考虑到随机数和块内容，这很容易显示，它允许任何人验证块。但是生成随机数是耗时的，因为唯一的办法就是通过暴力破解 - 一个接一个地尝试数字，直到找到一个随机数。
这个寻找随机数的过程称为挖掘，它获得比特币奖励。挖掘的计算量非常大，以至于任务通常会在许多共享奖励的计算机中分配。
然后将该块放置在分布式账本上，并且一经验证，即可并入区块链。然后矿工开始下一个区块的工作。
偶尔，两个矿业集团发现不同的随机数并宣布两个不同的区块。比特币协议规定，在这种情况下，已经处理更多的块将被合并到链中，而另一块被丢弃。
这个过程有一个致命弱点。如果一群矿工控制着网络上超过50％的计算能力，它总是能够比另外49％的矿工挖掘更快。在那种情况下，它有效地控制分类帐。
如果它是恶意的，它可以花费比特币两次，通过删除交易，所以他们从未被纳入区块链。另外49％的矿工并不聪明，因为他们没有监督采矿过程。
这为量子计算机的恶意拥有者创造了一个机会，可以像比特币矿工一样工作。如果这种计算能力突破50％的门槛，它可以做它喜欢的事情。
所以Aggarwal和Co特别研究了量子计算机在网络上变得强大的可能性。他们考察了未来10年量子计算机的预计时钟速度，并将其与传统硬件的可能功耗进行比较。
他们的结论将会缓解世界各地的比特币矿工。Aggarwal和co说，大多数采矿是由诸如Nvidia等公司制造的专用集成电路（ASIC）完成的。在未来10年左右，这种硬件可能会比量子计算机保持速度优势。
“我们发现比特币使用的工作量证明对未来10年量子计算机实质性加速具有相对的抵抗力，主要是因为与近期量子计算机的估计时钟速度相比，专用ASIC矿工的速度非常快，”他们说。
另一个威胁：数字货币的加密安全
但是有一个更令人担忧的不同威胁。比特币具有另一种加密安全功能，以确保只有比特币的所有者才能使用它。这基于用于公钥加密方案的数学原理。
这个想法是，所有者生成两个数字 - 一个秘密的私钥和一个公开的公钥。公钥可以很容易地从私钥生成，但反之亦然。签名可以用来验证所有者持有私钥，而不会泄露私钥，使用称为椭圆曲线签名方案的技术。
通过这种方式，接收方可以验证拥有者是否拥有私钥，因此有权使用比特币。
欺骗这个系统的唯一方法是使用公钥来计算私钥，这对于传统的计算机是非常困难的。但是用量子计算机很容易。
这就是量子计算机如何给比特币带来重大风险。“比特币使用的椭圆曲线签名方案面临更大的风险，并且早在2027年就可以被量子计算机彻底打破，”Aggarwal和Co。
比特币：争议不少，虽已遭受不少风险，未来还会有更多
实际上，量子计算机对所有使用类似技术的加密方案构成类似的风险，该技术包括许多常见的加密形式。
有公共密钥方案可以抵抗量子计算机的攻击。所以可以想象，比特币协议可以被修改以使系统更安全。但现在没有计划要这样做。
人们对比特币的争议并不少。它已经在其安全方面经受了各种风浪。但这并不能保证它在未来能够很好地应对。有一件事是肯定的：随着第一台强大的量子计算机在未来几年上线，改变的压力将会增加。
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