量子計算十年內無法破解比特幣_ECD

在量子計算突飛猛進的今天，很多人開始擔心量子霸權對全球信息系統的主要加密算法，包括比特幣網絡所依賴的橢圓曲線算法的威脅。

近日，馬克韋伯等學者在《AVS量子科學》上刊登的一篇研究論文顯示，要想在有效時間段內破解比特幣網絡的256位橢圓曲線加密算法，需要量子計算機至少擁有3.17億個量子位，而當今最先進的IBM的超導量子計算機，也僅僅只有127個量子位。即使量子計算機的量子位數或性能以摩爾定律增長，十年內也難以撼動比特幣。

摩根大通工程師：量子密鑰分發網絡可保護區塊鏈免受量子計算攻擊:2月17日消息，來自摩根大通公司、東芝公司和Ciena公司的一組量子計算工程師發布論文表示，他們已經證明，新開發的量子密鑰分發（QKD）網絡，可用于保護區塊鏈上的通信。量子密鑰分發是一種由量子物理學驅動的超安全雙向通信網絡，作為保護區塊鏈免受量子計算攻擊的一種方式。（metro）[2022/2/17 9:59:09]

比特幣是第一個去中心化的加密貨幣，如今依然是穩定全球加密貨幣市場的“定海神針”。比特幣的特性使其成為對沖通脹的理想工具，其供給率是已知的，隨著時間的推移而降低，并且完全獨立于需求。此外，比特幣區塊鏈的去中心化特性使其具有抗審查性，并且可以以無需信任的方式運行。

我國首個量子計算機操作系統在合肥發布:今日，首款國產量子計算機操作系統——“本源司南”在合肥市正式發布。該系統由合肥本源量子計算科技有限責任公司自主研發，實現了量子資源系統化管理、量子計算任務并行化執行、量子芯片自動化校準等全新功能，助力量子計算機高效穩定運行，標志著國產量子軟件研發能力已達國際先進水平。(安徽日報)[2021/2/8 19:14:47]

量子計算機可能以兩種主要方式對比特幣網絡構成威脅。第一個也是難度最大的威脅是對工作量證明機制的威脅，為此，量子計算機可以使用Grover算法在SHA256協議的散列上實現二次加速。在可預見的未來，量子計算的算法加速不太可能彌補相對于最先進的經典計算，顯著較慢的時鐘周期時間。

動態 | 合肥成立全國首個量子計算產業 聯盟集結區塊鏈等多行業成員:近日，全國首個量子計算產業聯盟本源量子計算產業聯盟OQIA在合肥高新區正式揭牌。會上還發布了合肥高新區支持量子信息產業發展若干政策措施，政策從人才引進、動力培育、應用打造、資本支持四個方面扶持產業發展，打造量子信息技術創新創業高地。本源量子計算產業聯盟OQIA依托國內第一家以量子計算機的研制、開發和應用為主營業務的初創型公司本源量子，集結計算科技、機器學習、區塊鏈、人工智能、低溫制冷、信號處理、生物醫藥等多行業成員。[2019/12/16]

第二個也是更嚴重的威脅是對簽名的橢圓曲線加密的攻擊。比特幣使用橢圓曲線數字簽名算法(ECDSA)，該算法依賴于橢圓曲線離散對數問題(ECDLP)的難度，不過Shor算法使得量子計算機解決該問題的速度獲得指數級的提升。

首個完整量子芯片架構亮相 一旦量子計算成熟區塊鏈網絡或將處于危險當中:根據最近的一份報告，新南威爾士大學的研究人員揭示了一個解決量子計算科學家面臨的穩定性問題的架構結構。卡耐基梅隆大學的研究員表示，量子計算理論上可以用于破解區塊鏈技術的加密機制，把整個網絡暴露在危險當中。然而，目前距離量子計算被開發出來還遙不可及，開發人員有足夠時間來給區塊鏈技術打補丁，應對未來量子計算帶來的風險。[2017/12/17]

比特幣使用ECDSA在執行交易時使用的公鑰和私鑰之間進行轉換，在安全的比特幣交易中，比特幣公鑰可被竊聽的唯一時間窗口是在交易被廣播到網絡之后但在其在區塊鏈中被接受之前。在此窗口中，交易在“內存池”中等待一段時間，具體取決于支付的費用；此過程所需的時間平均為10分鐘，但通常可能需要更長的時間。Gidney和Eker估計，破解RSA加密需要20×106個量子位。

上圖：破解比特幣256位橢圓曲線加密所需的物理量子比特位數

作者指出，在特定的時間范圍內，代碼周期時間和可實現的物理量子比特的數量可能會因硬件類型而異。在設想容錯實現時，需要根據對空間或時間的偏好做出許多決定。在這項工作中，研究者比較了并行化的表面代碼策略和AutoCCZ，后者的資源估算低于前者，兩種策略都可以“空間換時間”的堆砌方式，將量子計算的理論加密破解速度提升到其反應極限。

例如，研究者根據最新的算法和表面代碼策略估算，要想在10天內破解RSA加密，如果基本誤差為103，需要一個擁有6.5億個量子位，占地面積位3600平米的量子計算機。

研究者將同樣方法應用于測算破解256橢圓曲線公鑰加密所需的邏輯資源。結果顯示，在比特幣交易公鑰暴露的一小時內破解加密所需的物理量子比特數可量化為代碼周期時間和基本物理錯誤率的函數。要想在一天內破解比特幣交易公鑰，需要13x106個物理量子比特位，但是，正如前文所述，要想真正有效破解比特幣交易密鑰需要在1小時內完成公鑰破解，這需要大概3.17億個量子位！如果將基礎物理錯誤率調高至更樂觀的104，仍需要3300萬個量子位！

而當今最先進的量子計算機，IBM的超導量子計算機也只有127個物理量子位。

如此龐大的量子計算資源需求意味著比特幣網絡將在多年內免受量子計算攻擊。

研究者指出，即便新的量子計算技術，例如更靈活的物理量子比特連接技術取代今天的糾錯技術，能夠顯著降低對物理量子位數量的要求，也必須考慮隨之產生的較低的邏輯運算率。此外，比特幣網絡也可以采用抗加密方法執行軟分叉來消除這種威脅，但這也可能存在與切換相關的嚴重擴展問題。

論文地址：

https://avs.scitation.org/doi/10.1116/5.0073075

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