量子計算：這是一個讓人不舒服的概念，因為它很難理解。我們大多數人不知道它是什么，也不知道它是如何工作的，但我們往往會把它與黑客聯系在一起，他們利用它來破解所有現代加密和網絡安全應用。對于區(qū)塊鏈空間尤其如此，在這里，大多數共識協議——保護區(qū)塊鏈平臺的元素——完全依賴于加密算法。

通過本文，我希望通過解釋核心概念及其對區(qū)塊鏈平臺使用的現代加密方案的可能影響，來打破我們與量子計算之間的負面聯系。

在深入研究量子位、疊加和量子門之前，讓我們先來看看當今計算機的內部工作原理。實質上，計算機芯片是由許多晶體管組成的。晶體管的工作原理就像一個簡單的開/關，結合在一起就可以進行計算。今天，晶體管可以小到7納米，大約有60個原子那么大。英特爾（Intel）和AMD等大公司正急于進一步縮小這些晶體管的尺寸，以便在有限的空間內容納更多晶體管，生產更快的電腦。

人們總是疑惑在物理上是否有可能進一步減小晶體管的尺寸？目前，這仍然是可能的，但有一個門檻。當晶體管太小時，簡單的開關機制就不能正常工作。由于量子力學，電子可能能夠通過晶體管那么這就將導致嚴重的計算錯誤。為了進一步提高處理能力，我們需要探索不同的方法。最可能和最有前途的研究領域是量子計算的概念。

為了進一步提高計算機處理能力，我們需要探索不同的方法。量子計算帶來的最大變化是量子位的使用。與位可以處于的0和1狀態(tài)不同，量子位可以是疊加的（這意味著同時處于兩種狀態(tài)）。

為了理解它包含了什么，讓我們考慮固定狀態(tài)勢的概念。位可以表示任意給定時間點的一個值，可以是0，也可以是1。量子位可以同時容納這兩個值;只有當測量時，它才會作為它們中的任何一個被觀察到。

這個特性使量子計算機能夠用相對較少的量子位執(zhí)行復雜的計算，而傳統計算機則需要數十億位。

此外，某些量子算法在傳統計算機上運行是不可行的，但在量子計算機上運行相對容易。其中一些算法可以用來破解嵌入在我們使用的所有設備和平臺中的現代加密方案。

為什么這很重要？

我們今天所知道和使用的大多數加密貨幣方案并不是不可能破解的，而是根本不可能破解。今天最強大的計算機要花上數百萬年才能破解公鑰加密，這就保證了它的安全性。使用量子位而不是位的量子計算機可以在短短幾分鐘內破解這種加密方案，這實際上意味著在不久的將來它們將無法使用。正是因為這個原因，研究人員正瘋狂地為后量子計算時代探索新的加密技術。

像以太坊這樣著名的區(qū)塊鏈平臺是基于前面提到的加密方案構建的，它們的安全性很大程度上依賴于這些加密方案的剛性。作為一個案例，讓我們來分析以太坊區(qū)塊鏈平臺，并檢驗它的量子性。

脆弱性1：生成地址

為了參與以太網絡，你需要一個地址和一個私鑰。首先，利用橢圓曲線數字簽名算法（ECDSA）生成一個公私密鑰對。然后以太方地址從公鑰的哈希值中派生出來。僅僅從以太坊地址派生完整的公鑰或私鑰是不可能的，因此將其暴露給使用量子計算機的壞角色。這對于公鑰和私鑰是不正確的，公鑰和私鑰是隱式鏈接的，理論上可以相互派生。

當一個擁有非常、非常強大的計算機的壞角色被提供一個簽名事務時，他能夠檢索簽名事務時使用的完整公鑰。在檢索到公鑰后，可以通過執(zhí)行一系列數學方程生成相應的私鑰，首先生成兩個加密素數。在傳統的計算機上，通過猜測幾乎不可能找到這兩個數字。然而，使用量子算法的量子計算機在理論上可以相對容易地計算它們。在找到這兩個加密數字之后，生成私鑰就是小菜一碟。

幸運的是，今天的量子計算機還沒有達到這種速度。到目前為止，最大的因式數字甚至不接近以太坊上公鑰的可能值（由64位數字組成）。目前的加密密鑰生成方法被破壞只是時間問題。對于區(qū)塊鏈空間來說，這個漏洞并不是未知的，NIST（國家標準與技術研究所）正在研究一種量子安全的加密密鑰生成方法，該方法可以在將來的以太坊協議升級中實現。

脆弱性2：共識

以太坊區(qū)塊鏈正在運行一種名為Ethash的PoW（工作證明）協商共識算法，這是區(qū)塊鏈安全性的重要組成部分。對于每一個新提出的塊，一個非常復雜的數學問題的解決被附上。驗證它的正確性幾乎不需要任何努力，而且可以由網絡上的每個人完成。從本質上說，這個數學問題可以通過反復猜測一個數字并將該數字與新塊內容的哈希值來解決。要找到解決問題的方法，傳統的計算機最多只能有2^（n）個步驟。量子計算機可以通過使用Grover算法（量子算法）來更快地解決這樣一個數學問題，這將使計算步驟的數量減少到2^（n/2）。這是一個令人難以置信的進步，但要找到解決Ethash數學問題的方法仍然需要花費大量的時間。從理論上講，硬件的發(fā)展可能會改變這一點。

幸運的是，以太坊基金會的目標是在2020年前用PoS取代PoW。名為Serenity的協議升級將引入這一變化，它將利用Grover的算法防止量子計算破壞網絡。以太坊的PoS實現（稱為Casper）通過要求用戶下注一定數量的加密貨幣來提出新的塊，不再涉及前面提到的這個數學問題，從而達成了共識。這就從那些擁有大量計算能力的人那里消除了權力的概念，這極大地促進了網絡內的分權程度，甚至在量子計算問題出現之前就解決了它。

結論

量子計算帶來了巨大的風險，但如果我們準備好迎接它的崛起，它不太可能破壞公共區(qū)塊鏈平臺的安全。在撰寫本文時，以太坊網絡的共識協議在理論上很容易受到涉及量子計算機的攻擊，但這個漏洞可能在短期內得到解決。目前用于加密密鑰對生成的方法是一個很大的未解決的障礙，該方法有被量子計算破解的風險。

只要你保持信息靈通，你可能永遠不會因為量子攻擊而丟失你的密碼資金。你應該擔心嗎？可能不需要。許多聰明人和科學機構都在研究后量子時代的加密方案，而量子計算硬件的發(fā)展卻十分緩慢。你應該做的是了解這些量子計算和量子證明密碼學發(fā)展的最新進展。除此之外;請確保您隨時了解您所使用的區(qū)塊鏈平臺的協議升級，這可能需要您采取行動，例如使用新引入的加密方案生成新的密鑰對。