一方面,即便目前最强大的加密算法也有可能在未来被基于纠缠量子位(即:可以处于0和1叠加态的物理量子位)构造的量子计算机破解。
很多财力雄厚的组织(比如美国和中国等政府以及IBM、因特尔和微软等科技巨头公司)都在积极研发量子信息技术。
美国国家标准技术研究所(简称“NIST”)最近发布的一份报告指出,量子计算机可能不久之后就会出现,届时会大大削弱现有加密算法的功能甚至使其完全失效。
有鉴于此,如今的
区块链系统所使用的加密技术需要改变或升级。该报告从NIST于2016年发布的《有关后量子加密技术的报告》中摘录了一张表,描述量子计算机对普通加密算法的影响,概括而言:RSA加密算法、椭圆曲线加密算法(ECDSA和ECDH)及有限域加密算法(DSA)不再安全,而AES、SHA-2及SHA-3加密算法则需扩大密钥及输出规模。
另一方面,虽然量子纠缠使量子计算机能够破解如今哪怕最强大的加密算法,但它同样能成就安全性能无懈可击、得到基础量子物理保障的量子加密算法。量子密钥分发技术可以利用纠缠的关联侦测黑客试图截获加密密钥的行为。
“纠缠”的概念本就让人觉得不可思议,“时间上的纠缠”更是如此。但实际上,对于非局域的纠缠关联,空间上的纠缠存在,时间上的纠缠同样存在。
首次通过实验证实“时间上的纠缠”存在的物理学家们曾写道:“对最后一个光子进行测量会影响过去第一个光子的物理特性,即便在测量发生前也一样。因此,‘鬼魅般的作用’也操控着量子系统的过去。”
《麻省理工科技评论》杂志解释,Visser和Rajan的基本构思是把数据编码到一个量子粒子中。“这个粒子就成为第一个量子区块。当有新数据需要存储时,就通过量子运算使第一个粒子和新粒子发生纠缠,从而令编码到新粒子中的数据与第一个粒子中的数据关联。
之后,丢弃第一个粒子。第一个区块中的记录就和第二个区块形成了关联。第三个区块中的数据也以同样的方式添加。量子区块链于是形成。”
Visser和Rajan写道:“对于我们设想的量子区块链,可以把其编码的过程理解为:使一个区块中的现有记录与过去实际做出的记录关联,而非与对过去的记录关联。
由于之前的光子已不存在,黑客即便想要篡改过去的记录都无从下手。”因此,时间上的纠缠所提供的安全保障比空间上的纠缠强大得多。
“有关过往交易的记录被编码到跨时间分布的量子态中。”Rajan这样总结。
“我们构想的区块链相当于一台量子时光机器。”Visser补充道。
这听上去很像天方夜谭,但实际上有严谨科学作为依据并受到现有技术的支撑。“本设计的所有子系统都已通过实验实现。”Visser和Rajan写道。
由于极其安全的交易网络能发挥广泛的实际用途,因此建设这样的网络可能会引起政府和企业界的兴趣。
然而,由于目前的商用网络无法处理量子信息,因此量子区块链无法在其中运行。不过Visser和Rajan强调,全球化量子通信网络的建设目前正取得重大进展。
“目前需要讨论的问题早已不是我们是否需要全球化量子网络,而是这个网络将何时以及如何建成。”近日刊登在《自然光子学》(Nature Photonics)上的一篇评论文章这样写道。
在国营领域,中国政府正在建设量子密钥分发卫星以及一条从
北京到
上海的2000多公里长的光纤链路。
在私营领域,韩国电信业巨头SK电讯(SK Telecom)正投资6500万美元,联手瑞士量子信息公司ID Quantique开发可运用于电信以及
物联网市场的量子技术。
鉴于量子信息技术受到的关注与日俱增以及Visser和Rajan的理论成果,人类或许会在不远的将来就会实现在量子网络中运行极为安全的量子区块链。
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