到2025年，全球國內生產總值的10%可能會儲存在區塊鏈上。區塊鏈是一種數字工具，使用加密技術來保護信息不受未經授權的更改。區塊鏈相關產品從金融、製造業到醫療保健，在價值超過1500億美元的市場上隨處可見。
當信息變成資產時，數據安全、透明度和問責制就變得至關重要。區塊鏈是一種安全的數字記錄或分類賬。它是由全球用戶共同維護的，而不是由一箇中央管理機構來維護。諸如是否在分類帳上增加一個分錄(或區塊)之類的決定是基於共識的協議的——所以個人信任不包含其中。網絡內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，量子計算機將能夠破解區塊鏈的密碼。在這裡，我們將重點介紹量子技術如何使區塊鏈變得更脆弱，以及如何使它們更加安全。
單向代碼
區塊鏈的安全依賴於“單向”數學函數。在傳統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，用兩個大素數相乘很容易，但要找到給定產品的素因子卻很困難——這可能需要一臺傳統的計算機計算多年才能解決。
這些函數用於生成數字簽名，區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。單向函數還用於驗證區塊鏈分類帳中的事務歷史。哈希值是數位的短序列，由現有的分類帳和要添加的塊組合派生;每當條目的內容發生更改時，哈希值就會相應的改變。同樣，查找一個塊的哈希值(處理添加記錄的信息)相對容易，但要選擇一個產生特定哈希值的塊則比較困難。這將需要反轉過程來派生產生哈希值的信息。
比特幣還要求哈希值符合數學計算條件。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，給了網絡中每個人記錄和檢查所有內容的時間。它還阻止任何個人壟斷網絡管理，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，量子計算機將能夠計算出單向函數，包括用於保護互聯網和金融交易的區塊鏈。廣泛部署的單向加密函數將立即過時。
信息安全曾經面臨過大滅絕。例如，在第二次世界大戰期間，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勢，直到盟軍破譯了Enigma密碼。在1997年，數據加密標準——一種加密電子數據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。這引發了開發新協議的第二次競爭，從而產生了今天的高級加密標準。
量子計算機的優勢
量子計算機利用物理效應，例如狀態的疊加和糾纏，來執行計算任務。它們目前的功能遠遠不如傳統計算機，但很快就能在某些任務上超過它們。一個這樣的例子就是破壞了基於密碼算法的安全協議，正如數學家彼得·肖爾在1994年指出的那樣。區塊鏈正面臨這種風險，單向函數是其唯一的防禦手段——用戶需要保護是數字簽名，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字簽名，模擬用戶並盜用他們的數字資產。大多數專家認為，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。然而，一些研究人員認為，利用新興的量子計算設備，比如D-Wave、谷歌和其他4,5家計算公司開發的設備，這種情況可能很快就會發生。
量子計算機將很快找到解決方案，有可能使少數擁有量子計算機的用戶能夠審查交易，並壟斷比特幣賬簿(即所謂的採礦)上添加的區塊。這些當事人可以破壞交易，防止自己的交易被記錄或重複使用。一個國際研究小組強調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，並提出了可能的解決辦法。
如果不更新協議，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，量子技術也提供了提高區塊鏈安全性和性能的機會。
量子安全加密 ：量子通信本質上是經過認證的——沒有用戶可以模仿他人。這種技術利用單個光粒子(光子)的狀態對比特進行編碼並進行通信。基礎物理學規定，量子態不能在不改變的情況下複製或測量。任何竊聽者都會立即被發現。
量子密碼學可以代替經典的數字簽名。然而，量子密碼網絡的複雜性和成本將限制其應用。特別是，目前的協議要求網絡中的每個節點通過光纖通道連接到其他節點，因為任何中間節點都不可信，因此所有通信都必須是直接的。即使信息流經不可靠的節點，但也需要協議來維護安全通信;這些系統已經開發出來，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。這些限制了現代量子分配系統長達幾十公里的範圍。其解決方案是開發一種量子中繼器，利用量子隱形傳態和量子光學存儲器在通信雙方之間分配糾纏態。研究正在進行中，但要實現一種實用的設備還有很長的路要走。
在此期間，應該加強單向職能。目前，提出了一些替代加密功能，這些功能使用傳統計算機或量子計算機也同樣難以逆轉。雖然不是完全安全的，但它們可以在現有的硬件上運行，並可以爭取時間，但從長遠來看，它們也可以被破譯。
量子互聯網： 使用量子技術進行通信以及區塊鏈數據的計算處理將進一步提高安全性，使區塊鏈變得更快、更高效。這一步需要一個“量子互聯網”——通過量子通信網絡連接量子計算機。這樣就有可能完全運行量子區塊鏈。這些步驟將繞過目前核查和協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，量子力學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，那麼通過包含量子信息記錄，就不可能偽造。
距離量子互聯網還有幾十年的時間，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，而無需共享輸入數據或算法。這項技術將使公共雲量子計算平臺成為可能，使區塊鏈更便宜、更易於使用。
下一個步驟
區塊鏈業務需要更新其現有軟件，以使用單向加密函數，而使用傳統計算機或量子計算機同樣難以逆轉這些功函數。在這些後量子解決方案建立或標準化之前，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展和擴大量子通信網絡，隨後是量子互聯網。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據保密了92年，這個做法只有量子密碼學才能保證。政府機構可以使用量子安全區塊鏈平臺來保護公民的個人財務和健康數據。在量子技術領域處於領先地位的國家，如中國、美國和歐盟成員國，將是最早採用量子技術的國家。他們應該立即投資於研究。例如，將區塊鏈成為歐洲量子密鑰分發測試平臺項目的一個案例研究。
需要對這些風險給予更大的緊迫性，因為它們的影響是重大的。
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