比特幣可能正在經(jīng)歷其最大的市場挑戰(zhàn)之一，但它仍然是現(xiàn)代技術(shù)中最重要的創(chuàng)新之一。加密貨幣是第一種震驚世界并完全改變我們對互聯(lián)網(wǎng)和技術(shù)的看法的數(shù)字貨幣。首先，比特幣改變了我們對金錢和貨幣的看法。其次，它開始影響我們對數(shù)據(jù)和隱私的看法?，F(xiàn)在，加密貨幣已經(jīng)影響了我們的哲學和意識形態(tài)的人生觀。
比特幣將是游戲規(guī)則的變化，并將永遠成為討論突破性技術(shù)解決方案的參考點。它對金融、藝術(shù)、數(shù)字交易和數(shù)據(jù)隱私的影響是不可磨滅的，并將繼續(xù)成為最有價值的加密貨幣之一，這也可能是人類存在的主要足跡。
然而，人們不能忘記比特幣背后的底層技術(shù)，以及為什么數(shù)字貨幣首先具有如此多的價值。比特幣的安全和數(shù)據(jù)隱私功能之所以成為可能，是因為像比特幣這樣的數(shù)字貨幣是用稱為區(qū)塊鏈技術(shù)的高度安全的技術(shù)構(gòu)建的。
區(qū)塊鏈技術(shù)是一種分散的解決方案，允許信息存儲在分布式分類帳（塊）上，如果鏈中的整個塊的信息沒有更改，則該信息無法更改。因此，區(qū)塊鏈技術(shù)可以作為一個分布式分類帳，以確保所有區(qū)塊鏈接在一起，未經(jīng)網(wǎng)絡各方同意不得修改數(shù)據(jù)。這是可能的，因為塊中的信息被復制到下一塊，這意味著篡改塊中的信息自動意味著篡改所有塊。區(qū)塊鏈的不變性特征仍然是區(qū)塊鏈技術(shù)的主要價值。在數(shù)據(jù)管理已成為現(xiàn)代技術(shù)的主要特征的現(xiàn)代時代，確保數(shù)據(jù)安全的能力不容低估。
然而，盡管區(qū)塊鏈技術(shù)有著巨大的前景和潛在的應用，但現(xiàn)有的區(qū)塊鏈解決方案依賴于數(shù)字簽名，這使得它們很容易受到量子計算機的攻擊。除了容易受到量子計算機數(shù)字攻擊的脆弱性外，擁有量子計算機的礦工也有不公平的優(yōu)勢，因為他們可以獲得更好的采礦獎勵。這兩個特點構(gòu)成了區(qū)塊鏈技術(shù)的主要安全性和結(jié)構(gòu)缺陷，這是區(qū)塊鏈技術(shù)進步需要糾正或改進的方面。
區(qū)塊鏈解決方案的主要賣點是安全性和分散性。因此，必須努力確保這些區(qū)塊鏈解決方案在這些關(guān)鍵領(lǐng)域得到改進。
比特幣挖礦和橢圓曲線數(shù)字簽名算法
在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中，任何成員都可以引入新的交易或賬簿，只要他們附上數(shù)字簽名進行身份驗證和問責。這一特殊規(guī)則允許成員之間交換價值和資產(chǎn)。這些交易存儲在每個參與者的計算機或節(jié)點上。因此，每筆新交易都與現(xiàn)有交易有關(guān)，并像塊一樣存儲。然而，盡管在互聯(lián)網(wǎng)上引入新交易有所謂的自由，但也有規(guī)則指導新塊的形成和引入。這些規(guī)則或過程的本質(zhì)是確保和確保塊不會出現(xiàn)太頻繁，每個參與節(jié)點都有機會驗證新塊的真實性。一個典型的例子是比特幣。在比特幣中，使用工作量證明（PoW）確保新標頭的哈希值不超過一定值。這種工作量證明是為了確保任何想引入新區(qū)塊的人都必須解決 NP 難題來實現(xiàn)的。解決了這個問題后，這個人（礦工）就會得到比特幣社區(qū)的獎勵。
因此，比特幣的安全功能是基于難以破譯或破解的加密協(xié)議。密碼協(xié)議是一種使用數(shù)學函數(shù)的協(xié)議，如分解，在一個方向上很容易，但在另一個方向上很難——至少對于普通的經(jīng)典計算機。在這種不對稱加密中，所有者生成兩個數(shù)字——一個保密的私鑰和一個開放的（開放的）公鑰。不對稱加密的安全性是基于稱為單向函數(shù)的數(shù)學原理。這一原則規(guī)定，公鑰可以很容易地從私鑰中導出，而不是反過來，這意味著公鑰可以很容易地從私鑰中生成，否則就不是。
通過使用他們的私鑰，個人可以生成一個數(shù)字簽名，可以由任何擁有相應公鑰的人進行身份驗證。這種特殊的解決方案在金融領(lǐng)域非常流行，以證明金融交易的真實性和完整性。因此，通過這個過程，接收人可以驗證所有者擁有私鑰，因此有權(quán)使用比特幣。
所有這些都意味著區(qū)塊鏈技術(shù)除了區(qū)塊鏈解決方案的加密哈希功能外，還依賴于其計算技術(shù)的數(shù)字簽名。橢圓曲線公鑰密碼術(shù) (ECDSA) 或大整數(shù)分解問題 (RSA) 用于生成數(shù)字簽名。
欺騙或智勝系統(tǒng)的唯一方法是使用公鑰計算私鑰。然而，所有從公鑰中導出私鑰的傳統(tǒng)（經(jīng)典計算）算法都需要天文數(shù)字來執(zhí)行此類計算，因此不實用。唯一的例外是使用量子計算機很容易。
量子計算機-區(qū)塊鏈技術(shù)"肉中刺"
量子計算機是一種利用量子物理學的特性和特性存儲數(shù)據(jù)進行計算的機器。量子計算的基本概念是利用亞原子粒子的獨特能力，使它們能夠存在于多種狀態(tài)（即 1 和 0）。這使得量子計算不同于傳統(tǒng)計算。在傳統(tǒng)計算中，計算機只能以位為單位處理信息（即信息值為 1 或 0）。量子計算機的獨特質(zhì)量使它們能夠?qū)崿F(xiàn)比經(jīng)典計算機更好的計算。
1994年，數(shù)學家 Petr Shor 發(fā)表的量子算法被證明可以打破最常見的非對稱密碼算法的底層安全假設(shè)。Shor 算法可以做到這一點，因為它可以將大素數(shù)分解成兩個較小的素數(shù)。

由于 RSA 系列加密依賴于這樣分解大素數(shù)。Shor 算法理論上適用于足夠大的量子計算機——因此，一個實際問題是最終 Shor除此之外， 算法還可以發(fā)揮作用，RSA 加密可能會被破解。這意味著任何有足夠大量量子計算機的人都可以使用該算法從相應的公鑰中導出私鑰，從而偽造任何數(shù)字簽名。這樣，接收人就可以驗證所有者有私鑰，所以他有權(quán)花費比特幣。
因此，現(xiàn)代加密貨幣中的大多數(shù)加密都是基于橢圓曲線密碼學，而不是 RSA 特別是在需要 ECDSA 簽名生成在比特幣中。這主要是因為橢圓曲線比經(jīng)典計算機中的 要好RSA 更難破解(有時是指數(shù)級)。
然而，量子計算機再次被證明是區(qū)塊鏈技術(shù)的主要肉刺。這些計算機似乎顛覆了邏輯：只要有足夠大的量子計算機； 實際破解橢圓曲線加密比破解 RSA 更容易。
量子計算機對區(qū)塊鏈解決方案的潛在影響也延伸到比特幣挖掘。這種挖掘?qū)嶋H上是如何工作的，量子計算從何而來？
有效的量子攻擊包括在將簽名交易廣播到互聯(lián)網(wǎng)后公開密鑰時找到私鑰。這將允許攻擊者使用私鑰簽署新交易，并假裝是密鑰所有者。只要量子攻擊者能夠確保他們的交易在真實交易之前被放置在區(qū)塊鏈上，他們本質(zhì)上就可以竊取交易，并輸出新創(chuàng)建的未成本交易（UTXO）導入他們選擇的任何賬戶。很容易計算出一個量子比特 485，550， 10 GHz 時鐘速度運行的量子計算機可在 30 分鐘內(nèi)使用 Shor 算法解決了這個問題 。與此同時，平均等待時間通常超過 30分鐘。這使得這種攻擊非?？尚?。
每當一個新區(qū)塊被比特幣社區(qū)創(chuàng)建和接受時，它的礦工就會因為開發(fā)新區(qū)塊所花費的計算能力而獲得比特幣獎勵。新形成的塊必須包含一個叫做隨機數(shù)的數(shù)字。nonce 有一個特殊的屬性，當它與塊的內(nèi)容分散或數(shù)學特定的目標值。需要注意的是，hash它是將任何長度的數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換為特定長度的數(shù)據(jù)集的數(shù)學函數(shù)。尋找隨機數(shù)的過程通常被稱為采礦，這是一種獲得比特幣獎勵的努力。nonce 和塊的內(nèi)容很容易顯示，任何人都可以驗證塊。然后將塊放在分布式分類帳上，并在驗證后合并到區(qū)塊鏈中。然后礦工開始在下一個塊上工作。但生成隨機數(shù)需要很長時間，因為唯一的方法是使用蠻力——一個接一個地嘗試數(shù)字，直到找到隨機數(shù)字。因此，這是一個非常大的計算過程，任務通常分配給許多分享獎勵的計算機。
因此，在某些情況下，兩個獨立的采礦團隊發(fā)現(xiàn)了不同的隨機數(shù)量，并聲明了兩個不同的塊。比特幣協(xié)議規(guī)定，在這種情況下，已經(jīng)處理過的塊將被包含在鏈中，而另一個塊將被丟棄。這一過程的漏洞是，如果一組礦工控制了網(wǎng)絡上50%以上 的計算能力，它總是比任何擁有另一個 49% 的人更快地挖掘塊。在這種情況下，它有效地控制了分類帳。
盡管研究表明，目前大多數(shù)比特幣礦工使用的專用集成電路（ASICS）相對于量子計算機的速度優(yōu)勢應該能夠在 2027 年之前保持，但這種挖掘優(yōu)勢的可能性仍然是一個主要問題。
Grover 的搜索算法是另一個類似的安全問題。該算法允許在計算逆散列函數(shù)時二次加速。攻擊者的目標是生成與網(wǎng)絡其他部分相同的 PoW——有效地強制與攻擊者想要的任何部分達成共識（這被稱為 51% 攻擊）。這種攻擊將允許罪犯在區(qū)塊鏈中破壞他人的交易或阻止他們自己的支出交易。
當前的 ASIC 礦工可以執(zhí)行大約18 TH/s。結(jié)合目前比特幣網(wǎng)絡的規(guī)模，基于量子的 51% 攻擊暫時不可行。基于目前的 ASIC 技術(shù)和其他作者的計算表明，這種攻擊最早可能發(fā)生在 2028 年。ASIC 技術(shù)的進步可能會推遲約會。
量子安全區(qū)塊鏈應對方案
區(qū)塊鏈遲早會被更強大的量子計算機打破嗎？
唯一的解決方案是過渡到另一種能夠抵抗量子攻擊的密碼學。新的量子安全區(qū)塊鏈將通過使用量子數(shù)字簽名方案簽署交易，從而使用新的密碼學來抵抗量子計算機的攻擊。
最近，谷歌聲稱實現(xiàn)了量子霸權(quán)，這是量子計算機發(fā)展的一個重要里程碑。量子計算可以有效地解決經(jīng)典問題，如整數(shù)分解和離散對數(shù)，并在解決非結(jié)構(gòu)化搜索問題時表現(xiàn)出二次加速（超過經(jīng)典算法），這嚴重威脅了基于復雜性的經(jīng)典密碼算法的安全性。RSA-240 因式分解最近公布， 240 十進制數(shù)字或 795 RSA 數(shù)，以及解決相同大小的離散對數(shù)。
隨著計算機硬件性能的不斷提高，這類新記錄不斷刷新。在量子計算時代，有兩種可靠的信息安全機制：一種是量子密碼學，主要包括量子密鑰分發(fā)（QKD）；另一種是后量子密碼學（PQC），例如，已知的量子計算法無法有效破解基于格的密碼學和基于代碼的密碼學。
量子時代保證區(qū)塊鏈的方式是使用量子密鑰分發(fā)（QKD）。QKD 使用量子物理定律來確保信息論(無條件)的安全。量子密鑰分發(fā)（QKD）密鑰可以在量子通道(用于傳輸量子態(tài))和公共經(jīng)典通道(用于后處理程序)之間生成。許多實驗已經(jīng)證明 QKD 網(wǎng)絡提高了安全性的有效性。
量子密鑰分發(fā) (QKD) 保留了效用。QKD 似乎違背了直覺，因為它們依賴于節(jié)點之間的信任，而區(qū)塊鏈的主要特征之一是缺乏信任。因此，這一論點也適用于量子密鑰分發(fā) (QKD) 經(jīng)典的身份驗證通道需要操作，因此不能用于身份驗證。
但是，QKD通過確保每個 QKD 通信會話生成大量共享秘密數(shù)據(jù)，用于后續(xù)通信會話的身份驗證。這意味著雙方第一次通信 QKD 會話前共享的初始少量種子密鑰確保了未來所有通信的安全認證。因此，量子密鑰分發(fā)可以有效地取代經(jīng)典的數(shù)字簽名。
總結(jié)
區(qū)塊鏈解決方案可能會有更多的漏洞。然而，目前的狀態(tài)是量子計算可能成為主要威脅，量子密碼學是一個有效的解決方案，有助于確保區(qū)塊鏈網(wǎng)絡仍然可靠。為了繼續(xù)推廣比特幣和加密，一些硬件和軟件創(chuàng)新提高了這些解決方案的安全性和關(guān)鍵功能。
當量子計算成為主要威脅時，但有了量子安全的區(qū)塊鏈解決方案，我們就不恐慌。

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