到2025年，全球國內(nèi)生產(chǎn)總值的10%可能會儲存在區(qū)塊鏈上。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N數(shù)字工具，使用加密技術(shù)來保護信息不受未經(jīng)授權(quán)的更改。區(qū)塊鏈相關(guān)產(chǎn)品從金融、制造業(yè)到醫(yī)療保健，在價值超過1500億美元的市場上隨處可見。

當(dāng)信息變成資產(chǎn)時，數(shù)據(jù)安全、透明度和問責(zé)制就變得至關(guān)重要。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N安全的數(shù)字記錄或分類賬。它是由全球用戶共同維護的，而不是由一個中央管理機構(gòu)來維護。諸如是否在分類帳上增加一個分錄（或區(qū)塊）之類的決定是基于共識的協(xié)議的——所以個人信任不包含其中。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的任何一方都可以通過簡單的計算來檢查總賬的完整性。

但在十年內(nèi)，量子計算機將能夠破解區(qū)塊鏈的密碼。

單向代碼

區(qū)塊鏈的安全依賴于“單向”數(shù)學(xué)函數(shù)。在傳統(tǒng)計算機上運行這些程序非常簡單，而且很難進行反向計算。例如，用兩個大素數(shù)相乘很容易，但要找到給定產(chǎn)品的素因子卻很困難——這可能需要一臺傳統(tǒng)的計算機計算多年才能解決。

這些函數(shù)用于生成數(shù)字簽名，區(qū)塊鏈用戶引用這些簽名向其他人驗證自己的身份。這些東西很容易檢查，而且很難偽造。單向函數(shù)還用于驗證區(qū)塊鏈分類帳中的事務(wù)歷史。哈希值是數(shù)位的短序列，由現(xiàn)有的分類帳和要添加的塊組合派生；每當(dāng)條目的內(nèi)容發(fā)生更改時，哈希值就會相應(yīng)的改變。同樣，查找一個塊的哈希值（處理添加記錄的信息）相對容易，但要選擇一個產(chǎn)生特定哈希值的塊則比較困難。這將需要反轉(zhuǎn)過程來派生產(chǎn)生哈希值的信息。

比特幣還要求哈希值符合數(shù)學(xué)計算條件。任何想在分類帳上增加一個塊的人都必須讓他們的計算機在達到那個條件之前進行隨機搜索。這個過程減慢了塊的添加速度，給了網(wǎng)絡(luò)中每個人記錄和檢查所有內(nèi)容的時間。它還阻止任何個人壟斷網(wǎng)絡(luò)管理，因為任何具有足夠計算能力的人都可以貢獻塊。

然而，在10年內(nèi)，量子計算機將能夠計算出單向函數(shù)，包括用于保護互聯(lián)網(wǎng)和金融交易的區(qū)塊鏈。廣泛部署的單向加密函數(shù)將立即過時。

信息安全曾經(jīng)面臨過大滅絕。例如，在第二次世界大戰(zhàn)期間，德國的軍事信息使用Enigma機器進行編碼和解密，最初給軸心國帶來了優(yōu)勢，直到盟軍破譯了Enigma密碼。在1997年，數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)——一種加密電子數(shù)據(jù)的算法在一場公開競賽中被打破，這就足以證明其缺乏安全性。這引發(fā)了開發(fā)新協(xié)議的第二次競爭，從而產(chǎn)生了今天的高級加密標(biāo)準(zhǔn)。

量子計算機的優(yōu)勢

量子計算機利用物理效應(yīng)，例如狀態(tài)的疊加和糾纏，來執(zhí)行計算任務(wù)。它們目前的功能遠遠不如傳統(tǒng)計算機，但很快就能在某些任務(wù)上超過它們。一個這樣的例子就是破壞了基于密碼算法的安全協(xié)議，正如數(shù)學(xué)家彼得·肖爾在1994年指出的那樣。區(qū)塊鏈正面臨這種風(fēng)險，單向函數(shù)是其唯一的防御手段——用戶需要保護是數(shù)字簽名，而銀行客戶則受到塑料卡、安全問題、身份檢查和人工出納的保護。

因此，數(shù)字簽名的破解是最緊迫的威脅。配備量子計算機的不法分子可以利用肖爾的算法偽造任何數(shù)字簽名，模擬用戶并盜用他們的數(shù)字資產(chǎn)。大多數(shù)專家認為，這一壯舉將需要一臺通用量子計算機（能夠進行各種各樣的計算），但這需要十多年的時間才能實現(xiàn)。然而，一些研究人員認為，利用新興的量子計算設(shè)備，比如D-Wave、谷歌和其他4，5家計算公司開發(fā)的設(shè)備，這種情況可能很快就會發(fā)生。

量子計算機將很快找到解決方案，有可能使少數(shù)擁有量子計算機的用戶能夠?qū)彶榻灰?，并壟斷比特幣賬簿（即所謂的采礦）上添加的區(qū)塊。這些當(dāng)事人可以破壞交易，防止自己的交易被記錄或重復(fù)使用。一個國際研究小組強調(diào)了此類襲擊的可能影響，今年早些時候的一份報告描繪了這些威脅，并提出了可能的解決辦法。

如果不更新協(xié)議，一旦量子計算機可用，加密貨幣就會崩潰。

提高安全性

幸運的是，量子技術(shù)也提供了提高區(qū)塊鏈安全性和性能的機會。

量子安全加密 ：量子通信本質(zhì)上是經(jīng)過認證的——沒有用戶可以模仿他人。這種技術(shù)利用單個光粒子（光子）的狀態(tài)對比特進行編碼并進行通信。基礎(chǔ)物理學(xué)規(guī)定，量子態(tài)不能在不改變的情況下復(fù)制或測量。任何竊聽者都會立即被發(fā)現(xiàn)。

量子密碼學(xué)可以代替經(jīng)典的數(shù)字簽名。然而，量子密碼網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和成本將限制其應(yīng)用。特別是，目前的協(xié)議要求網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點通過光纖通道連接到其他節(jié)點，因為任何中間節(jié)點都不可信，因此所有通信都必須是直接的。即使信息流經(jīng)不可靠的節(jié)點，但也需要協(xié)議來維護安全通信;這些系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)出來，但需要讓消費者更容易使用。

光纖中的光子損耗是另一個挑戰(zhàn)。這些限制了現(xiàn)代量子分配系統(tǒng)長達幾十公里的范圍。其解決方案是開發(fā)一種量子中繼器，利用量子隱形傳態(tài)和量子光學(xué)存儲器在通信雙方之間分配糾纏態(tài)。研究正在進行中，但要實現(xiàn)一種實用的設(shè)備還有很長的路要走。

在此期間，應(yīng)該加強單向職能。目前，提出了一些替代加密功能，這些功能使用傳統(tǒng)計算機或量子計算機也同樣難以逆轉(zhuǎn)。雖然不是完全安全的，但它們可以在現(xiàn)有的硬件上運行，并可以爭取時間，但從長遠來看，它們也可以被破譯。

量子互聯(lián)網(wǎng)： 使用量子技術(shù)進行通信以及區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的計算處理將進一步提高安全性，使區(qū)塊鏈變得更快、更高效。這一步需要一個“量子互聯(lián)網(wǎng)”——通過量子通信網(wǎng)絡(luò)連接量子計算機。這樣就有可能完全運行量子區(qū)塊鏈。這些步驟將繞過目前核查和協(xié)商一致過程中一些計算密集的步驟，從而更有效率和更安全。提出的量子比特幣可以實現(xiàn)，量子力學(xué)的非克隆定理保證了它的安全性。這樣的量子“紙幣”如果在未來仍然被證明是必要的，那么通過包含量子信息記錄，就不可能偽造。

距離量子互聯(lián)網(wǎng)還有幾十年的時間，因此“盲目的量子計算”只是一個過渡階段。在這種情況下，使用傳統(tǒng)計算機的用戶可以在遠程量子計算機上運行算法，而無需共享輸入數(shù)據(jù)或算法。這項技術(shù)將使公共云量子計算平臺成為可能，使區(qū)塊鏈更便宜、更易于使用。

下一個步驟

區(qū)塊鏈業(yè)務(wù)需要更新其現(xiàn)有軟件，以使用單向加密函數(shù)，而使用傳統(tǒng)計算機或量子計算機同樣難以逆轉(zhuǎn)這些功函數(shù)。在這些后量子解決方案建立或標(biāo)準(zhǔn)化之前，平臺必須是靈活的，能夠在fly12上改變加密算法。

長期的解決方案必然是發(fā)展和擴大量子通信網(wǎng)絡(luò)，隨后是量子互聯(lián)網(wǎng)。這將需要政府的重大投資。然而，各國也將從提供的更大的安全保障中獲益。例如，加拿大將其人口普查數(shù)據(jù)保密了92年，這個做法只有量子密碼學(xué)才能保證。政府機構(gòu)可以使用量子安全區(qū)塊鏈平臺來保護公民的個人財務(wù)和健康數(shù)據(jù)。在量子技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的國家，如中國、美國和歐盟成員國，將是最早采用量子技術(shù)的國家。他們應(yīng)該立即投資于研究。例如，將區(qū)塊鏈成為歐洲量子密鑰分發(fā)測試平臺項目的一個案例研究。

需要對這些風(fēng)險給予更大的緊迫性，因為它們的影響是重大的。