量子计算新进展对区块链的潜在影响

谷歌公司近日推出了新一代量子计算芯片Willow，这一创新性技术是自2019年首次实现"量子霸权"之后的又一重大突破。Willow拥有105个量子比特,在量子纠错和随机电路采样两项基准测试中都达到了同类别的最佳性能。

在随机电路采样基准测试中,Willow芯片仅用5分钟就完成了当今最快超级计算机需要10^25年才能完成的计算任务,这一数字甚至超出了已知宇宙的年龄。Willow能够将错误率实现指数级下降,并降低到某个阈值以下,这是量子计算实用化的重要前提。

该项技术进步不仅推动了量子计算的发展,也对多个行业产生了深远影响,尤其是区块链和加密货币领域。比如,椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)和哈希函数SHA-256被广泛用于比特币等加密货币的交易中。研究表明,量子算法可以破解这些密码学基础,尽管目前所需的量子比特数量仍然很大。

在比特币交易中,存在两类钱包地址:一类直接使用收款人的ECDSA公钥,另一类使用公钥的哈希值。由于比特币的所有交易均是公开的,这意味着攻击者有可能获取用户的公钥信息。一旦拥有足够强大的量子计算机,攻击者就可能在短时间内推导出私钥,进而控制相应的比特币。

尽管目前的量子计算机还无法对现实中使用的密码算法造成直接威胁,但这项技术的快速进展已经对加密货币安全体系提出了新的挑战。如何在量子计算的冲击下保护加密货币的安全性,将成为科技界和金融界共同关注的焦点。

为应对这一挑战,后量子密码(PQC)技术应运而生。PQC是一类能够抵抗量子计算攻击的新型密码算法。将区块链迁移到抗量子级别不仅是前沿技术探索,更是为了保证未来区块链长期稳健的安全性。

一些研究机构已经在这一领域取得了进展,完成了区块链全流程的后量子密码能力建设,并开发了支持多个NIST标准后量子密码算法的密码库。同时,针对后量子签名存储膨胀的问题,通过优化共识流程和降低内存读取延迟,使得抗量子区块链的性能可以达到原链的50%左右。

此外,在富功能密码算法的后量子迁移方面也有所突破。研究人员开发了一套针对NIST后量子签名标准算法Dilithium的分布式密钥管理协议,这是业界首个高效的后量子分布式门限签名协议,在性能上较现有方案有显著提升。

随着量子计算技术的不断进步,区块链和加密货币行业需要未雨绸缪,积极开发和部署抗量子技术,以确保未来的安全性和可靠性。这不仅关系到个人资产的安全,也关系到整个数字经济生态系统的稳定性。