谷歌推出的量子芯片Willow,以其惊人的计算能力,在短短5分钟内完成了当今最快超级计算机需耗时10^25年的计算任务,尽管目前尚未对现实中广泛使用的RSA和ECDSA等算法构成直接威胁,但已对加密货币的安全体系提出了新的严峻挑战。区块链的抗量子迁移问题日益凸显,AntChain OpenLabs的密码专家将为您深入剖析这一黑科技对区块链领域的影响。
区块链的达摩克里斯之剑:谷歌新量子芯片Willow对区块链的影响
谷歌新量子芯片Willow震撼发布
12月10日,谷歌公司震撼宣布推出其最新一代量子计算芯片——Willow。这一技术突破,继2019年谷歌量子芯片Sycamore首次实现“量子霸权”后,再次引领量子计算领域的新浪潮。该成果已在Nature杂志加急发表,并获得了世界首富Elon Musk及OpenAI首席执行官Sam Altman的高度关注与点赞,如图1、2所示。
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Willow芯片拥有105个量子比特,在量子纠错和随机电路采样两项关键基准测试中均展现出同类最佳性能。尤为引人注目的是,在随机电路采样基准测试中,Willow芯片仅用5分钟便完成了当今最快超级计算机需耗时10^25年的计算任务,这一数字已远超已知宇宙的年龄,甚至突破了物理学的时间尺度极限。
量子计算硬件领域,随着量子比特数量的增加,计算过程的错误率往往随之上升。然而,Willow芯片成功实现了错误率的指数级下降,并低于关键阈值,为量子计算的现实应用奠定了坚实基础。Google Quantum AI负责人Hartmut Neven表示,作为首个低于阈值的系统,Willow芯片是迄今为止最具说服力的可扩展逻辑量子比特原型,证明了大规模实用性量子计算机的可行性。
对加密货币领域的影响
谷歌的这一成就不仅推动了量子计算的发展,更对区块链和加密货币领域产生了深远影响。椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)和哈希函数SHA-256在比特币等加密货币的交易中扮演着重要角色,分别用于签署和验证交易及确保数据完整性。然而,研究表明,Grover量子算法能够破解SHA-256,但需数亿个量子比特;而Shor量子算法则能完全破解ECDSA,仅需百万个量子比特。
比特币交易中,钱包地址分为两类:直接使用收款人ECDSA公钥的“支付给公钥”(p2pk)交易和使用收款人ECDSA公钥哈希值的“支付给公钥的哈希”(p2pkh)交易。由于比特币交易公开,攻击者可通过p2pk历史交易获取收款人ECDSA公钥,进而在量子计算机上运行Shor量子算法推导得到对应私钥,占据该私钥下的所有比特币。尽管Willow芯片的105个量子比特尚不足以破解比特币密码算法,但其预示着大规模实用性量子计算机的未来,量子计算机在破解密码算法方面的潜力仍令人担忧。
抗量子区块链技术迫在眉睫
尽管谷歌的Willow芯片尚未对现实中使用的RSA和ECDSA等算法构成直接威胁,但已对加密货币安全体系提出了新的挑战。如何在量子计算的冲击下保护加密货币的安全性,成为科技界和金融界共同关注的焦点。这本质上依赖于抗量子区块链技术的发展,特别是将已有区块链进行抗量子升级,以确保加密货币的安全性和稳定性。
AntChain OpenLabs已完成区块链全流程的后量子密码能力建设,并基于OpenSSL改造了一个后量子版本密码库,支持多个NIST标准后量子密码算法及后量子TLS通信。同时,针对后量子签名存储膨胀问题,通过优化共识流程和降低内存读取延迟,使得抗量子区块链TPS可达原链的50%左右。该密码库可作为中间件,为区块链及政务、金融等场景的后量子迁移提供有力支持。
此外,AntChain OpenLabs还在富功能密码算法的后量子迁移上有所布局,参与研发了业界首个高效的后量子分布式门限签名协议,克服了现有后量子密管方案无法支持任意门限值的缺点,并在性能上较业界方案有显著提升。相关工作已发表于安全类顶级期刊IEEE Transactions on Information Forensics and Security上。
结语
谷歌量子芯片Willow的推出,标志着量子计算领域的新一轮突破,也为区块链和加密货币领域带来了新的挑战与机遇。抗量子区块链技术的发展,将成为确保加密货币安全性和稳定性的关键所在。