量子计算：它会杀死区块链吗？

您是区块链开发人员，正在尝试构建基于区块链的新应用吗？您可能依赖私钥 – 公钥加密货币，加密货币哈希函数和共识算法（如“工作证明”（POW））来保护您的应用。

然而，一旦量子计算机到达现场，区块链技术使用的所有这些安全措施都可能变得过时。在本文中，我将研究量子计算是否会像我们所知的那样杀死区块链。然后，您可以对系统中应该使用的安全措施做出明智的判断，以便在后量子计算世界中保持安全。

区块链承诺将安全作为其重要的价值主张

由于两个原因，区块链技术越来越受欢迎：

1. 公共许可区块链网络是去中心化的，这可以破坏中心化播放器。这样可以创建新的业务模型。
2. 公共区块链承诺不可变记录和事务安全性。

在本文中，我将重点介绍不可变记录和事务安全性方面。我将使用比特币区块链网络来解释这个主题。Blockchain以下列方式提供安全性：

1. 用户只需要保护他们的私钥，这可以防止黑客破坏他们的数字签名并劫持他们的加密货币。
2. 比特币和其他加密货币是数学上的钱，为了防止恶意交易，区块链使用共识算法。这对事务提出了验证要求，因此没有验证就没有事务进入分类帐。
3. 为了防止恶意玩家两次花费相同的数字货币，区块链一致性算法还可以防止篡改任何过去的交易。

我现在将解释比特币区块链网络如何实现这3个目标。

只需保护您的私钥即可确保数字签名的安全

比特币用户拥有公钥。这是他们的区块链地址。如果有人需要向他们发送资金，那么他或她将把它发送到这个地址。

他们也是私钥，他们应该勤勉地守护它。这个秘密应该只与他们保持一致，他们需要使用这个私钥签署他们的比特币交易。如果黑客能够访问它，他们将很容易窃取他们的比特币。

比特币使用私钥 – 公钥数据加密货币方法。公钥和私钥相互链接。从私钥生成公钥非常容易，但反过来几乎是不可能的

这是因为私钥通过整数分解方法链接到公钥。以2,868号为例。如果我要求你找到这个的主要因素，你将它分解为2,868 = 2x2x3x239。因此，主要因素是2,3和239.这对您来说很简单，您的计算机也可以轻松解决。

如果你采取特别大的数字会怎么样？你需要很长时间，你的电脑也需要很长时间。私钥通过使用这些特别大的数字的整数分解与公钥链接，今天的计算机将花费数千亿年来破解它

利用当今的计算资源，打破私钥 – 公钥加密货币是不可能的。阅读“区块链Cryptography”以了解更多相关信息。

比特币的POW算法确保没有验证就不会进行任何交易

每个比特币块都有交易数据，最后一个块的加密货币哈希，矿工的地址以及数学难题的答案。

计算机算法创建最后一个块的内容的加密货币散列。这是一个很长的字母数字字符串。加密货币哈希函数是确定性的，即相同的数据将始终产生相同的哈希。

但是，即使对数据进行微小更改也会产生完全不同的哈希值。它也是单向的，即使用计算机程序很容易产生哈希，但难以做到相反

由于每个块具有前一个块的散列，因此有效块一个堆叠在另一个块之上。这会创建一个链，因此称为“区块链”。

比特币使用POW一致性算法。比特币节点拥有我们称之为“矿工”的用户，他们使用功能非常强大的计算机，这些计算机通常使用“图形处理单元”（GPU）及其CPU。

矿工验证交易，这些交易最初被分组到一个名为“mempool”的公共矿池中。矿工从中获取交易并尝试将它们包含在下一个可用的块中。为此，他们需要找到前一个块的哈希值。

但是，他们还需要解决加密货币难题，找到我之前提到的答案。这不需要任何技能，但矿工必须继续尝试一个接一个的数字，因此，他们需要强大的计算机。

找到答案的矿工在网络中广播它，其他矿工可以轻松验证它，因为它是一个不对称的谜题。现在，我们的矿工创建了一个新的块，并将mempool中的交易记录到其中。

利用当今的计算技术，没有黑客可以压制这个去中心化的矿工网络，并操纵区块。

加密货币哈希函数和POW共识可以防止操纵旧事务

假设黑客想要“双倍花钱”并在比特币区块链的现有块中确定了一笔交易。他们需要做以下事情：

1. 更改该交易
2. 再次在块中找到该加密货币拼图的答案。
3. 由于对块的更改完全改变了它的散列，因此转到更改块以包含块的新散列。
4. 可是等等现在我们的黑客需要解决块的难题并更改块以包含块的新哈希
5. 随后，我们的黑客需要改变块，一路到最新比特币块

你可以看到我们黑客的情况有多么无可救药再加上它的另一个复杂性比特币矿工知道他们应该只接受具有非常小的散列的块，即具有许多前导零的块。

现在，很难找到一个非常小的哈希，并满足比特币网络矿工，因为它需要巨大的计算能力。此外，虽然我们的黑客正在做所有这些，但整个去中心化的比特币网络可以看到某个人或一个团体正在改变第17 ^个街区。整个网络现在处于警戒状态

事实是，凭借今天的计算能力，我们的黑客将发现不可能在比特币区块链中造成“双重支出”。有关更多信息，请参阅“区块链Cryptography”。

量子计算机可以做今天的计算机无法做到的事情

您可以看到比特币区块链实现了三个安全目标，因为今天的计算机具有有限的计算能力。这是因为当前的计算技术使用“比特”，即存储信息的最小单位。

在任何给定的时间点，“位”只能有一个“0”或“1”。整个当前计算算法的范围都是基于处理这些’0’或’1’而建立的。

然而，量子计算是一项目前处于研发阶段的技术，并不依赖于“比特”。它使用’Qubits’，即’Quantum Bits’。Qubits可以同时保持’0’，’1’和两者的叠加状态。

这创建了一种完全不同的计算范例，其计算能力明显高于当今的经典计算机。

在我开始量子计算与区块链辩论之前，我将从量子物理学开始解释量子计算的起源。

量子物理学诞生了量子计算概念

量子理论是物理学中的一种开创性理论，它发展如下：

1. 物理学家马克斯普朗克在1900年表示，能量有个别单位，如物质有粒子。他将这些单位命名为“广达”。
2. 1905年阿尔伯特爱因斯坦加入其中并宣称辐射也具有可量化的较小单位。
3. 路易斯德布罗意在1924年指出，在基本水平上，物质和能量的行为相似，这种理论被称为“波粒二象性原理”。
4. 1927年，Werner Heisenberg提出了“不确定性原则”。它指出，如果我们试图精确测量亚Atom粒子的两个互补值，例如位置和动量，那么测量一个的一个将改变另一个。

量子计算利用上述概念，即Qubit可以同时具有’0’，’1’和两者的叠加状态。注意上面的波粒二象性原理的应用。在不久的将来，我将解释它是如何使用“不确定性原则”的。

量子计算的优点

这种叠加概念使量子计算机摆脱了线性方程的限制。它可以解决指数方程，这种增加的处理能力可以显着加快处理速度，并且需要更少的能量。

未来，科学家将能够使用量子计算并在许多领域取得巨大进步，例如：

• 化学;
• 应用数学;
• 生物学;
• 工程;
• 人工智能（AI）;
• 机器学习（ML）;
• 大数据和分析。

量子计算如何影响安全地存储加密货币数据

我之前曾解释过私钥 – 公钥数据加密货币如何保护比特币用户的数字签名。它使用如此特别大的数字进行素数分解，使得经典计算机实际上无法破坏它。

然而，这可能会随着量子计算机而改变。Peter Shor在1995年引入了多项式时间量子算法，我们现在将其称为“Shor算法”。

与传统算法相比，它大大地证明了新算法如何需要非常少的操作来解决大的素因数分解问题。实际上，运行’Shor算法’的强大量子计算机可以在几天内解决这个问题。

相比之下，经典计算机将花费数千亿年来解决类似的问题在“ Shor算法”中阅读更多关于“Shor 算法 ”的内容。

这可能会使今天的私钥 – 公钥数据加密货币面临风险。但是，不要立即失眠，因为量子计算机还没有商业化。

但是，请记住，许多组织正在认真研究和开发此技术。例如，谷歌和IBM已经开始研究他们的量子计算机。

量子抗性分类帐：响应量子区块链数据安全威胁

对区块链的量子威胁的回应即将到来。例如，区块链项目团队创建了“ 量子抵抗分类帐”，并打算解决与数字签名相关的威胁。

QRL项目团队实施了一组后量子安全数据加密货币算法。它被称为“扩展Merkle签名方案”（XMSS）。它使用“一次性签名”（OTS），您只能使用一个密钥签署一个事务。

这使得与量子计算机的黑客无关。他们没有固定的私钥来破解公钥。相反，每次用户签署新事务时，签名都会更改。

项目团队声称这是一个经过同行评审的算法，他们已经启动了他们的主网络。在QRL网站的FAQ部分了解他们的XMSS解决方案。

使用量子密钥解决量子计算区块链挑战

2017年5月，俄罗斯量子中心的研究人员开发了一种区块链，他们声称这种区块链对量子计算机是安全的。他们通过将后量子加密货币与量子密钥分配（QKD）相结合来实现这一目标。

在QKD中，激光束传输加密货币密钥，并且它们使用光子的量子特性。光子的量子特性以二进制“0”和“1”编码。

还记得海森堡制定的“不确定性原则”吗？观察亚Atom粒子属性的行为改变了属性。

当黑客试图拦截传输中的密钥时，他们的窥探行为会改变量子属性，并使这些密钥无法使用

顺便提一下，QKD网络已经在使用，以管理智能合约。美国，欧洲和中国有几个这样的网络已经运作。

区块链量子计算“婚姻”的量子纠缠计算

来自新西兰惠灵顿维多利亚大学的两位研究人员表示，区块链可以超越仅使用量子加密货币技术。他们提出量子纠缠计算来创建一种新型的区块链。

他们建议使用量子物理学中的纠缠概念。两个纠缠的量子粒子在它们相互作用的空间和时间点共享它们的存在。从那时起，如果你试图测量一个，它将影响另一个。

Del Rajan和Matt Visser，即两位研究人员计划使用这个属性。他们计划创建区块链，其中一个量子粒子将编码其所有“前辈”的历史。因此，如果我们的黑客试图攻击前任粒子，他们的窥探行为将破坏该粒子。

不过，这种量子网络区块链将继续存在请记住，此区块链中的最后一个粒子中包含所有前任粒子

区块链社区需要积极主动

很明显量子计算机需要几年时间才能进入市场。因此，区块链网络和数据加密货币现在可能是安全的。但是，区块链生态系统不应低估威胁。

如您所知，区块链引起了很多人的兴趣，我们可能会看到许多企业和政府积极采用它。现在，考虑突然释放量子计算机的影响，这将立即显着降低区块链的安全性。

到那时，企业，政府和社区将投入大量精力和资源来采用区块链。他们会突然发现他们的投资不算太多为了避免这种不愉快的情况，区块链社区应该主动解决量子计算的威胁。

原文：https://www.devteam.space/blog/quantum-computing-will-it-kill-blockchain/