Hcash：見證量子計算和后量子密碼的“矛盾較量”

1976年提出公共密鑰密碼體制，其原理是加密密鑰和解密密鑰分離。它們的安全根基都系在“一根繩上”——數(shù)論中的“大數(shù)素因子分解/離散對數(shù)”。

當(dāng)時，由于人們相信僅憑現(xiàn)在的計算機(jī)(即使是比現(xiàn)有最強(qiáng)大的超級計算機(jī)還快千百萬倍)都難以在數(shù)十年甚至上百年之內(nèi)破譯這些公鑰密碼算法，因此世人一直高枕無憂。

1994年，美國貝爾實驗室的數(shù)學(xué)家Peter Shor發(fā)明了一種破解算法，從理論上證明了這種算法能夠在很短的時間內(nèi)完成對上面的數(shù)學(xué)困難問題的求解，從而宣布了現(xiàn)代公鑰密碼在理論上已經(jīng)不再安全。只不過他的這個破解算法有一個前提，那就是必須使用“大規(guī)模的量子計算機(jī)”。

20多年前的技術(shù)人員顯然低估了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度。今天，量子計算的落地速度正在超出很多人的想象，如果稍有不慎，將對現(xiàn)有公鑰密碼體制帶來毀滅性的打擊，互聯(lián)網(wǎng)世界甚至也將蕩然無存。

不過，Hcash正在見證量子計算和后量子密碼的“矛盾較量”，甚至在區(qū)塊鏈的競爭中通過后量子密碼的技術(shù)突破獲得競爭優(yōu)勢。

量子計算新威脅

說起量子計算機(jī)就不得不提起世界上首臺量子計算機(jī)的開發(fā)商——D-Wave公司。D-Wave公司自2007年推出首臺量子計算機(jī)開始就備受爭議。一些學(xué)者認(rèn)為由于量子形態(tài)并不穩(wěn)定，量子計算機(jī)只是在理論層面可行。

不過，隨后的事實證明，量子計算并非虛無縹緲，因為D-Wave在2012年獲得亞馬遜創(chuàng)始人貝索斯以及美國中情局旗下投資機(jī)構(gòu)In-Q-Tel的投資。

在2013年，谷歌公司采購了D-Wave生產(chǎn)的世界上第一款商業(yè)量子計算機(jī)D-Wave Two。隨后谷歌、美國宇航局(NASA)和美國大學(xué)太空研究協(xié)會與甚至D-Wave簽訂為期7年的商業(yè)協(xié)議，以獲得后者開發(fā)的最新量子處理器。

2016年5月谷歌至和NASA甚合建了Quantum AI Lab(量子人工智能實驗室)。D-Wave的量子計算機(jī)概念最終風(fēng)靡全球獲得認(rèn)可。

量子計算的出現(xiàn)卻威脅著如今日益活躍的區(qū)塊鏈技術(shù)。要知道，每一個區(qū)塊的數(shù)據(jù)中，都包含了所有交易的記錄以及賬戶身份信息，交易信息在區(qū)塊鏈中是公開的，賬戶身份信息是通過非對稱加密算法加密的。

但是區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)安全性基于非對稱加密算法，而當(dāng)前常用的1024位非對稱加密通過量子計算在幾秒內(nèi)即可破譯，這大大地威脅到了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)據(jù)庫可信任性，采用區(qū)塊鏈技術(shù)的金融基礎(chǔ)架構(gòu)的安全性也因此受到影響。

因此業(yè)內(nèi)流傳著一種觀點——量子計算機(jī)可能會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)今傳統(tǒng)計算機(jī)的處理能力，并且通過舒爾算法（Shor’s algorithm）破解RSA密碼，以及比特幣與其他貨幣所使用的數(shù)字簽名。

真正全功能型量子計算機(jī)何時才能出現(xiàn)尚沒有準(zhǔn)確的預(yù)期，但研究者普遍認(rèn)為如果當(dāng)前不采取實質(zhì)性預(yù)防措施，網(wǎng)絡(luò)安全體系的崩潰很可能就是不遠(yuǎn)將來的確定性事件，而且量子計算威脅的前溯性還將使網(wǎng)絡(luò)安全防御者面臨更加復(fù)雜的局面。更別談如今發(fā)展的如火如荼的加密技術(shù)以及加密貨幣。

貓鼠游戲的對抗

密碼和破解者之間的博弈速來是貓和老鼠之間的巧妙對抗。

事實上，這個威脅業(yè)內(nèi)早已經(jīng)認(rèn)識到了。出于對抗量子計算密碼需求的緊迫性，成立于1982年的國際密碼邏輯研究聯(lián)合會（InternationalAssociationfor Cryptologic Research）在2006年就已經(jīng)開始舉辦第一屆后量子密碼技術(shù)國際會議。此次會議的成果在集中匯總于2008年出版的《后量子密碼》，該書詳細(xì)介紹了后量子密碼研究的幾乎全部潛在領(lǐng)域，在此之后，國際后量子密碼技術(shù)的發(fā)展也基本上遵循著該書構(gòu)建的技術(shù)框架。

在向后量子密碼系統(tǒng)遷移勢在必行的情況下，相關(guān)領(lǐng)域的研究已經(jīng)在國家之間引發(fā)“軍備競賽”。近年來，歐洲國家的“后量子密碼”（PQCrypto）和“安全密碼”（SAFEcrypto）項目和日本的CREST密碼數(shù)學(xué)項目都取得了顯著成果，美國也在相關(guān)政府機(jī)構(gòu)和企業(yè)界的推動下，處于后量子密碼研究和應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

2016年6月，首屆亞洲抗量子密碼論壇（PQCAsia Forum）我國成都召開。鑒于該領(lǐng)域研究工作的飛速發(fā)展，下一屆東道主韓國首爾大學(xué)決定將原定于2017年召開的第二屆亞洲抗量子密碼論壇也提前到2016年11月。韓國國防部、韓國國家網(wǎng)絡(luò)發(fā)展局、以及主管科技教育的政府部門和產(chǎn)業(yè)界，如三星電子等均派高級主管也參加了會議。

另外有消息稱，國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)局后量子密碼算法標(biāo)準(zhǔn)最終將在2021-2023年出臺；而考慮到其具備較好的安全性能以及國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組已經(jīng)著手展開了標(biāo)準(zhǔn)化工作，基于哈希算法的簽名標(biāo)準(zhǔn)可能會更快地推出。

事實上，也有企業(yè)在后量子密碼中尋找到了商機(jī)。

Hcash在今年7月獲得了上海交通大學(xué)“區(qū)塊鏈技術(shù)”聯(lián)合創(chuàng)新中心的幫助，得到抗量子密碼技術(shù)支持。據(jù)傳Hcash抗量子密碼在12月就能落地。這次合作能將區(qū)塊鏈數(shù)字錢包的安全保密機(jī)制運(yùn)用后量子抗性技術(shù)，構(gòu)建更為安全的解決方案。

事實上，從以往的密碼系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展歷史來看，任何密碼系統(tǒng)都必須在應(yīng)用過程中增強(qiáng)和完善性能，后量子密碼也不例外。因此，通過新型密碼產(chǎn)品的商業(yè)化推廣使用活動，企業(yè)界能夠不斷積累和分析用戶數(shù)據(jù)，從而促進(jìn)后量子密碼系統(tǒng)安全性能和運(yùn)行效應(yīng)的提升。

給火箭套上軌道

說到火箭，多數(shù)人想到的只是快，卻無人想到它背后有嚴(yán)密的計算和軌道控制著運(yùn)行。

量子計算其實就是這個火箭。用一個億億次的經(jīng)典計算需要一百年，但用一個萬億次的量子計算可能就0.01秒的時間。打一個不恰當(dāng)?shù)谋确?，我們的有生之年，電子計算機(jī)就是馬車，量子計算機(jī)就是汽車，甚至是火箭。

馬車和汽車代表的不僅僅只是速度不同，更是商業(yè)生態(tài)以及社會生態(tài)的不同。馬車背后代表了農(nóng)業(yè)社會的經(jīng)濟(jì)和社會形態(tài)，而汽車代表了工業(yè)社會的經(jīng)濟(jì)和社會形態(tài)。

量子計算同樣也是如此。量子計算就像是新的“引擎”，代表了新的商業(yè)形態(tài)和社會形態(tài)。蒸汽機(jī)的到來引發(fā)了第一次工業(yè)革命，燃?xì)鈾C(jī)的到來引發(fā)了第二次工業(yè)革命，計算機(jī)的誕生引發(fā)了第三次工業(yè)革命，那么量子計算機(jī)的到來很可能會推動第四次工業(yè)革命的很多構(gòu)想真正實現(xiàn)。

量子計算一旦投入使用，許多行業(yè)都將受到顛覆性的影響，目前很多看似不可能有太多突破的領(lǐng)域未來都會有很大的改變。就像蒸汽機(jī)是工業(yè)文明的象征一樣，量子計算機(jī)帶來的計算能力的突破將會有類似的意義，量子計算代表了下一代計算引擎的開始。

抗量子密碼，恰恰是給火箭套上不至于失控的軌道。這也是Hcash獲得彎道超車機(jī)會的一次重要機(jī)會。

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