目前,量子计算和区块链是两种流行的技术,它们通过密码学联系在一起。区块链使用密码技术来确保系统安全,而量子计算对传统密码技术提出了巨大挑战,反过来又威胁着区块链系统的安全。当前对量子计算的理解有两个极端。一种观点认为量子计算是万能的,另一种观点认为量子计算还很遥远。量子计算能做什么?对传统密码系统的安全威胁是什么?对这些问题的把握可以从两个方面开始:(1)区块链系统采用的密码技术; (2)量子计算对传统密码系统的威胁;区块链是去中心化的分布式记账系统。系统采用密码技术,防止分类账被篡改,实现节点共识。让我们以OKChain(OK公共链)为例。区块链系统中的主要密码应用包括:1.哈希函数用于PoW计算。散列函数提供“单向”访问。到系统:正向计算很容易,而反向求解则很困难。在传统的PoW中,找到合格的原图像(挖掘)需要一定数量的计算能力,但验证解决方案很容易。 2.签名和多重签名技术。经典签名方案包括EC-Schnorr和ECDSA,它们主要是基于ECC上的CDH问题设计的,也就是说,假设CDH问题在数学上很困难,则密码系统是安全的。 OKChain采用了更有效的BLS多签名方案。 3.可验证的随机函数(VRF)。基于VRF,可验证随机随机播放功能(VRSF)用于OKChain系统中,以协商确定区块生产者的优先级顺序。量子计算突破了传统计算的极限,并在解决一些重要的密码问题上实现了指数级加速,这对现有密码系统的安全性构成了巨大挑战。但是量子计算不是万能的,不可能对所有问题都采用多项式时间算法。当前的常用量子算法主要基于Simon算法,Shor算法和Grover算法。 1.用西蒙算法解决寻期问题。如果函数是周期函数,则Simon算法可以计算多项式时间的周期。 2. Shor算法用于解决整数分解问题。该算法是多项式时间算法。由于DH问题和整数因式分解问题可以在多项式时间内相互转化,因此ECC系统中的DH系统和DH系统都可以在量子机上在多项式时间内求解。 3. Grover算法可以在无序数据库中搜索合格的解决方案(即搜索)。与经典遍历搜索相比,它可以得到二次加速。许多现有的签名方案,例如RSA和ECDSA,都假定安全性假设是CDH(计算Diffie-Hellman),这很困难。当前对量子攻击的担忧主要来自Shor算法对诸如RSA和DH之类的密码问题的解决方案,这威胁了包括BLS在内的大多数签名方案的安全性。对于诸如哈希函数之类的对称密码系统,当前没有用于量子计算的有效攻击方法。反量子密码系统的研究集中在公钥密钥和数字签名方案领域。由于量子计算对传统密码系统的威胁,已逐渐提出并标准化了反量子(后量子)密码系统。在这个阶段,所谓的反量子密码系统通常包括两个方面:(1)可以将加密系统简化为一个困难的数学问题; (2)难题是NP难。 2012年,美国国家标准技术研究院(NIST)启动了量子后密码术的标准化,并于2016年开始公开征求全世界各地的量子后算法。截至2017年11月30日,NIST已收到总计量子时代后的82种公共密钥密码方案。当前有四种主要类型的算法:1.基于晶格困难的密码系统。这类密码算法是根据诸如NTRU密码之类的晶格上最短向量(SVP)之类的难题解决的。 2.一种基于多元多项式的密码系统。这种算法基于多变量方程求解的困难设计,例如Rainbow数字签名方案。 3.基于哈希函数的数字签名方案。这种类型的密码基于哈希函数(例如Merkle签名方案)的安全性设计。 4. A c