量子威胁下的数字资产，何去何从？

今年6月IBM在德国发布欧洲首个量子计算机（图：DW.com）

十年前，人们说量子计算机要50年后才出现，五年前又说需要25年，但量子计算一直在以突破人们预期的速度进步。

2019年9月，谷歌53个量子位的“悬铃木”问世；

2020年12月，中国科研团队推出76个量子位的“九章”；

2021年6月，IBM在德国发布欧洲首个量子计算机，并宣告，两年后会研发出1000个量子位以上的计算机。

麦肯锡预估，到2030年全球将有2000-5000台量子计算机投入使用。

量子计算机量子位水平加速提升（图：六鹰资本）

量子计算的庞大阴影

加密学在我们日常生活中扮演重要角色，这点无关你是否持有加密货币：

加密技术渗透在互联网当中，广泛使用的安全超文本传输协议（HTTPS）、传输层安全协议（TLS）都是加密学应用。

有量子计算能力的敌手可轻易破解互联网浏览器和网络服务器之间的密码，可能出现的身份盗窃则会将用户个人数据和金融数据置于风险当中。

以加密技术为核心的区块链，同样无法逃脱量子计算的威胁。

目前有两类加密解析算法，已经证实可在微型量子计算机上运行，其中更为先进的Shor算法，能够有效破解比特币、以太坊都在使用的椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）。

ECDSA算法可创建一个随机的256位私钥和一个派生公钥，以传统计算机的计算能力，想要找到生成公钥的私钥，几乎是不可能的。

但是量子计算机可以解开公钥私钥之间的数学关系，进而揭示和破坏私钥。

有人这样形容量子计算在破解密钥上的威力：

好比老鼠走迷宫，传统计算机需要一条一条路径尝试后才能找到正确路线，而量子计算机可以瞬时计算出所有的可能路径。

（图：Scientific American)

破防，随时可能

量子时代似乎加速度到来，加密世界的危机感与日俱增：

在量子计算机的超能力面前，现有半数以上加密算法将被攻破，意味着大量数字货币和数字资产变得岌岌可危。

这就提出了两个重要问题。首先，距离量子计算机攻破主流加密体系还有多少时间？其次，是否有可能研发出可以抵抗量子计算的加密体系？

对于第一个问题，著名密码学家、有“加密货币之父”之称的大卫·乔姆（David Chaum）的看法是：随时可能。

“量子计算已经出现在我们视野当中，可能它已经就位，而我们还不知道”。

他提到，早在2015年，美国国安局（NSA）就指示政府机构停止研究易受量子攻击的加密体系。

“NSA已经严肃对待量子计算，我们也应如此”。

今年5月乔姆在柏林参加WEB 3.0峰会谈到量子威胁

（图：XXNetwork）

不安全的比特币

近两年随着量子计算方面的科技突破变得频密，加密社区对“量子优势”带来的摧毁力越发担忧。

2019年底，德勤围绕比特币区块链抗量子能力展开的研究揭示，有多达25%的流通中的比特币容易受到量子攻击。

“如果你的比特币使用的是较为脆弱的地址类型，并且你相信量子计算比公众所知的更先进，那么你或许应该把币转移到一个新的p2pkh地址”。

但即使这样也并不安全。

“如果很多人没有（或者不能）采取同样的保护措施，你还是会受影响”，报告称，“在大量比特币被盗的情况下，币价很可能会崩溃，人们将丧失对其技术的信心。”

易受量子攻击的比特币数量（图：德勤）

换言之，如果黑客凭借量子优势攻破比特币加密体系，市场的信心将会垮塌。

这点不妨回顾谷歌宣布悬铃木后引发的市场反应：忧虑情绪不断发酵的情况下，比特币价格在之后半年持续承压。

2019年四季度比特币价格持续疲软（图：新浪）

抗量子区块链兴起

加密世界应如何解决潜在的量子威胁？科学家们认为，有两个主要途径：一是为现有区块链协议创建保护层以提高安全性，二是从头开始创建抗量子区块链。

在现有区块链协议上构建保护层听起来似乎更容易，但相关研发进展相对缓慢。

近期有媒体消息称，美洲开发银行旗下的IDB实验室、剑桥量子（CQ）和墨西哥蒙特雷科技大学针对基于以太坊技术的LACChain区块链，开发出一种后量子加密层，可提供量子安全保护。

不过，该区块链需要使用由量子计算机生成的量子熵提供证明，生成密钥，或许意味着它的实际应用将受限于量子计算的进步和推广。

更多研究者选择了第二种途径，瑞士非营利组织QRL基金会创建的QRL区块链和大卫·乔姆创建的XX Network区块链是该领域的领跑者。

2019年6月启用主网运行的QRL区块链采用了扩展默克尔签名算法（XMSS），该算法是有状态的基于哈希的签名方案，不易受到量子计算机的攻击。

美国国家标准技术研究院（NIST）认可XMSS成为抗量子签名算法国家标准的潜力，但同时认为，该方案容易被滥用，需要进行一些修改以解决相关问题。

对量子威胁早有警惕的大卫·乔姆投入5年时间带队研究的XX Network区块链，同样也使用有状态的基于哈希的签名方案：温特尼茨一次签名算法（WOST+）。

目前有分布于全球50多个国家的600+节点，正在维护XX测试网络的正常运行，其主网预计将于10月份上线。

出于实用性考虑，XX Network在WOST+基础上，创造性地开发出紧凑群组认可签名（CGES），大幅减少确定性证明的大小，可以让移动设备有效接收并快速验证交易完成证明。

小结

量子时代或将不期然到来，对加密世界向抗量子转型提出紧迫挑战。

基于哈希的数字签名算法在XX Network等新兴区块链中已得到验证和布署，不仅为如今大多数区块链公链向抗量子区块链的平滑过度提供了实践参考，也给加密社区对抗未来量子威胁增加了信心。

元数据隐私保护和量子安全技术将为价值互联网和WEB 3.0的实现提供关键保障，是风险资本重点布局的两个前沿领域。

展望未来，我们相信抗量子安全加密技术，将在确保个人、组织和企业数字货币及数字资产的未来安全上发挥关键作用。