Hcash:見證量子計算和後量子密碼的「矛盾較量」

2020-12-05 深幾度

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」——數論中的「大數素因子分解/離散對數」。

當時,由於人們相信僅憑現在的計算機(即使是比現有最強大的超級計算機還快千百萬倍)都難以在數十年甚至上百年之內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學家Peter Shor發明了一種破解算法,從理論上證明了這種算法能夠在很短的時間內完成對上面的數學困難問題的求解,從而宣布了現代公鑰密碼在理論上已經不再安全。只不過他的這個破解算法有一個前提,那就是必須使用「大規模的量子計算機」。

20多年前的技術人員顯然低估了科學技術的發展速度。今天,量子計算的落地速度正在超出很多人的想像,如果稍有不慎,將對現有公鑰密碼體制帶來毀滅性的打擊,網際網路世界甚至也將蕩然無存。

不過,Hcash正在見證量子計算和後量子密碼的「矛盾較量」,甚至在區塊鏈的競爭中通過後量子密碼的技術突破獲得競爭優勢。

量子計算新威脅

說起量子計算機就不得不提起世界上首臺量子計算機的開發商——D-Wave公司。D-Wave公司自2007年推出首臺量子計算機開始就備受爭議。一些學者認為由於量子形態並不穩定,量子計算機只是在理論層面可行。

不過,隨後的事實證明,量子計算並非虛無縹緲,因為D-Wave在2012年獲得亞馬遜創始人貝索斯以及美國中情局旗下投資機構In-Q-Tel的投資。

在2013年,谷歌公司採購了D-Wave生產的世界上第一款商業量子計算機D-Wave Two。隨後谷歌、美國宇航局(NASA)和美國大學太空研究協會與甚至D-Wave籤訂為期7年的商業協議,以獲得後者開發的最新量子處理器。

2016年5月谷歌至和NASA甚合建了Quantum AI Lab(量子人工智慧實驗室)。D-Wave的量子計算機概念最終風靡全球獲得認可。

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

但是區塊鏈的數據安全性基於非對稱加密算法,而當前常用的1024位非對稱加密通過量子計算在幾秒內即可破譯,這大大地威脅到了基於區塊鏈技術的資料庫可信任性,採用區塊鏈技術的金融基礎架構的安全性也因此受到影響。

因此業內流傳著一種觀點——量子計算機可能會遠遠超過當今傳統計算機的處理能力,並且通過舒爾算法(Shor’s algorithm)破解RSA密碼,以及比特幣與其他貨幣所使用的數字籤名。

真正全功能型量子計算機何時才能出現尚沒有準確的預期,但研究者普遍認為如果當前不採取實質性預防措施,網絡安全體系的崩潰很可能就是不遠將來的確定性事件,而且量子計算威脅的前溯性還將使網絡安全防禦者面臨更加複雜的局面。更別談如今發展的如火如荼的加密技術以及加密貨幣。

貓鼠遊戲的對抗

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,這個威脅業內早已經認識到了。出於對抗量子計算密碼需求的緊迫性,成立於1982年的國際密碼邏輯研究聯合會(InternationalAssociationfor Cryptologic Research)在2006年就已經開始舉辦第一屆後量子密碼技術國際會議。此次會議的成果在集中匯總於2008年出版的《後量子密碼》,該書詳細介紹了後量子密碼研究的幾乎全部潛在領域,在此之後,國際後量子密碼技術的發展也基本上遵循著該書構建的技術框架。

在向後量子密碼系統遷移勢在必行的情況下,相關領域的研究已經在國家之間引發「軍備競賽」。近年來,歐洲國家的「後量子密碼」(PQCrypto)和「安全密碼」(SAFEcrypto)項目和日本的CREST密碼數學項目都取得了顯著成果,美國也在相關政府機構和企業界的推動下,處於後量子密碼研究和應用領域的領先地位。

2016年6月,首屆亞洲抗量子密碼論壇(PQCAsia Forum)我國成都召開。鑑於該領域研究工作的飛速發展,下一屆東道主韓國首爾大學決定將原定於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、韓國國家網絡發展局、以及主管科技教育的政府部門和產業界,如三星電子等均派高級主管也參加了會議。

另外有消息稱,國家標準與技術局後量子密碼算法標準最終將在2021-2023年出臺;而考慮到其具備較好的安全性能以及國際網際網路工程任務組已經著手展開了標準化工作,基於哈希算法的籤名標準可能會更快地推出。

事實上,也有企業在後量子密碼中尋找到了商機。

Hcash在今年7月獲得了上海交通大學「區塊鏈技術」聯合創新中心的幫助,得到抗量子密碼技術支持。據傳Hcash抗量子密碼在12月就能落地。這次合作能將區塊鏈數字錢包的安全保密機制運用後量子抗性技術,構建更為安全的解決方案。

事實上,從以往的密碼系統標準化發展歷史來看,任何密碼系統都必須在應用過程中增強和完善性能,後量子密碼也不例外。因此,通過新型密碼產品的商業化推廣使用活動,企業界能夠不斷積累和分析用戶數據,從而促進後量子密碼系統安全性能和運行效應的提升。

給火箭套上軌道

說到火箭,多數人想到的只是快,卻無人想到它背後有嚴密的計算和軌道控制著運行。

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

馬車和汽車代表的不僅僅只是速度不同,更是商業生態以及社會生態的不同。馬車背後代表了農業社會的經濟和社會形態,而汽車代表了工業社會的經濟和社會形態。

量子計算同樣也是如此。量子計算就像是新的「引擎」,代表了新的商業形態和社會形態。蒸汽機的到來引發了第一次工業革命,燃氣機的到來引發了第二次工業革命,計算機的誕生引發了第三次工業革命,那麼量子計算機的到來很可能會推動第四次工業革命的很多構想真正實現。

量子計算一旦投入使用,許多行業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域未來都會有很大的改變。就像蒸汽機是工業文明的象徵一樣,量子計算機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於失控的軌道。這也是Hcash獲得彎道超車機會的一次重要機會。

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