比特币交易:量子计算十年内无法破解比特币

在量子计算突飞猛进的今天，很多人开始担心量子霸权对全球信息系统的主要加密算法，包括比特币网络所依赖的椭圆曲线算法的威胁。

近日，马克韦伯等学者在《AVS量子科学》上刊登的一篇研究论文显示，要想在有效时间段内破解比特币网络的256位椭圆曲线加密算法，需要量子计算机至少拥有3.17亿个量子位，而当今最先进的IBM的超导量子计算机，也仅仅只有127个量子位。即使量子计算机的量子位数或性能以摩尔定律增长，十年内也难以撼动比特币。

澳大利亚研发高效区块链协议MatRiCT 能抵御量子计算机攻击:澳大利亚联邦科学与工业研究组织日前发布公报说，来自该组织等科研机构的人员已研发出“世界最高效的区块链协议”MatRiCT，既能抵御量子计算机的攻击，又能保护用户及其交易的隐私。据悉，MatRiCT是一套管理区块链网络运行的规则，引入了三个新的关键特征：迄今为止最短的量子安全环签名方案，该方案仅使用签名对活动和交易进行身份验证；“零知识证明”法，用于隐藏敏感的交易信息；可审核功能，可以帮助防止非法使用加密货币。此外，公报表示，该技术还可应用于加密货币以外的领域，例如数字健康、金融和政府服务等。（新华社）[2020/10/2]

比特币是第一个去中心化的加密货币，如今依然是稳定全球加密货币市场的“定海神针”。比特币的特性使其成为对冲通胀的理想工具，其供给率是已知的，随着时间的推移而降低，并且完全独立于需求。此外，比特币区块链的去中心化特性使其具有抗审查性，并且可以以无需信任的方式运行。

戴万阳：区块链互联网与新基建及量子计算:金色财经报道，数字岛与清华大学技术创新发展中心联合主办的“2020高校区块链技术创新云论坛”6月20日成功举办。论坛由数字岛发起人兼CEO刘靖主持，汇集“百校百人百媒”，探讨高校区块链技术创新与人才培养。

南京大学教授博导、迪普思数字经济研究所首席科学家、美国区块链与量子计算SIR Forum理事长与CEO、大数据区块链与智能信息专委会主任、可信区块链专委会特邀专家戴万阳发表了名为《区块链互联网与新基建及量子计算》的主题演讲，全面讲述了区块链与量子区块链的概念内涵、演化发展、在社会各个领域具体应用和存在的风险因子，重点从大数据和行业的角度给我们阐述了区块链技术在新时期的重要地位与作用。[2020/6/21]

量子计算机可能以两种主要方式对比特币网络构成威胁。第一个也是难度最大的威胁是对工作量证明机制的威胁，为此，量子计算机可以使用Grover算法在SHA256协议的散列上实现二次加速。在可预见的未来，量子计算的算法加速不太可能弥补相对于最先进的经典计算，显著较慢的时钟周期时间。

动态 | 加密货币教父David Chaum 再次创业，研发抗量子计算的数字货币:加密货币教父、首个数字货币（Digicash）创始人 David Chaum 成立新公司 Praxxis，研发抗量子计算的数字货币。Praxxis 将汇集 David Chaum 过去四十年关于数字货币、投票和分配机制的研究成果。Praxxis 共识协议据称克服了传统区块链所面临的不可能三角（不可能同时满足可扩展性，隐私和安性），以实现中本聪最初对数字货币的构想–点对点的数字货币系统。Praxxis 白皮书预计将会于今年发布，白皮书上将会显示更多信息和技术细节。（区块律动）[2019/8/20]

第二个也是更严重的威胁是对签名的椭圆曲线加密的攻击。比特币使用椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)，该算法依赖于椭圆曲线离散对数问题(ECDLP)的难度，不过Shor算法使得量子计算机解决该问题的速度获得指数级的提升。

声音 | Blockstream研究员：隐私币Monero要比比特币更容易受到量子计算机的攻击威胁:据bitcoinnews消息，在谈到量子计算机对加密货币的威胁时，Blockstream研究员Andrew Poelstra最近表示，隐私币Monero并不是完全安全的，它比比特币更容易受到量子计算机的威胁。比特币只需要替换数字签名算法便具有量子抗性，而像Monero这样的隐私币更换起来会更复杂。[2019/5/16]

比特币使用ECDSA在执行交易时使用的公钥和私钥之间进行转换，在安全的比特币交易中，比特币公钥可被窃听的唯一时间窗口是在交易被广播到网络之后但在其在区块链中被接受之前。在此窗口中，交易在“内存池”中等待一段时间，具体取决于支付的费用；此过程所需的时间平均为10分钟，但通常可能需要更长的时间。Gidney和Eker估计，破解RSA加密需要20×106个量子位。

上图：破解比特币256位椭圆曲线加密所需的物理量子比特位数

作者指出，在特定的时间范围内，代码周期时间和可实现的物理量子比特的数量可能会因硬件类型而异。在设想容错实现时，需要根据对空间或时间的偏好做出许多决定。在这项工作中，研究者比较了并行化的表面代码策略和AutoCCZ，后者的资源估算低于前者，两种策略都可以“空间换时间”的堆砌方式，将量子计算的理论加密破解速度提升到其反应极限。

例如，研究者根据最新的算法和表面代码策略估算，要想在10天内破解RSA加密，如果基本误差为103，需要一个拥有6.5亿个量子位，占地面积位3600平米的量子计算机。

研究者将同样方法应用于测算破解256椭圆曲线公钥加密所需的逻辑资源。结果显示，在比特币交易公钥暴露的一小时内破解加密所需的物理量子比特数可量化为代码周期时间和基本物理错误率的函数。要想在一天内破解比特币交易公钥，需要13x106个物理量子比特位，但是，正如前文所述，要想真正有效破解比特币交易密钥需要在1小时内完成公钥破解，这需要大概3.17亿个量子位！如果将基础物理错误率调高至更乐观的104，仍需要3300万个量子位！

而当今最先进的量子计算机，IBM的超导量子计算机也只有127个物理量子位。

如此庞大的量子计算资源需求意味着比特币网络将在多年内免受量子计算攻击。

研究者指出，即便新的量子计算技术，例如更灵活的物理量子比特连接技术取代今天的纠错技术，能够显著降低对物理量子位数量的要求，也必须考虑随之产生的较低的逻辑运算率。此外，比特币网络也可以采用抗加密方法执行软分叉来消除这种威胁，但这也可能存在与切换相关的严重扩展问题。

论文地址：

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

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