和大家聊聊量子信息和区块链

跟大家聊聊量子信息和区块链。 最近，我花了很多时间学习量子信息。 虽然我有点量子力学的基础，但是很多深奥的术语和原理我不是很懂。 从量子信息的角度来看，最成熟和实用的应用是量子通信的一个分支——量子密钥分发。 传统的加密技术包括对称加密技术和非对称加密技术。 对称密码通信的双方都知道同一组密钥。 密码本身是安全的，但密钥的分发并不安全。 为了解决密钥分发的安全问题，产生了非对称加密技术。 有一对公钥和私钥。 公钥是公开的，私钥是秘密的。 很难获得私钥。 而用公钥加密的数据只能用自己的私钥解密。 这保证了信息传输的安全性。 区块链就是采用了这样的非对称加密技术。 然而，非对称加密技术并不能保证绝对的安全，密码学的经典算法正在受到量子计算的挑战。 例如，经典的 RSA 公钥加密算法是基于一个非常简单的数论事实：两个大质数相乘非常容易，但乘积极难分解，因此乘积可以公开为加密钥匙。 但是RSA算法在理论上已经被量子分解算法攻克了。 1993年，量子计算领域著名的Shor算法被提出。 基于量子力学的基本原理，使用 Shor 算法可以实现多项式时间内大数的因式分解，这直接威胁到目前广泛使用的 RSA 公钥密码体制的安全性。

从那时起，人们一直致力于构建量子计算机和开发新的密码系统。 2017 年 2 月，谷歌公开破解了密码学中的主要算法 SHA-1。 谷歌研究人员声称，只要有足够的计算能力，就可以实现碰撞，有效破解 SHA-1 算法。 破解比特币中使用的 SHA-256 算法可能指日可待。 这是当前密码学的困境。 对称密码本身是安全的，但是密钥传输的环节是不安全的。 非对称加密，不需要密钥传递，但可以通过数学方法破解。 量子密钥分发可能是答案。 量子密钥分发是一种新兴的密码学技术，它吸收了对称和非对称加密技术的优点，克服了它们的缺点，可以实现真正安全保密的通信。 理论上回归对称密码学，但取消了密钥传输，让双方直接从量子层面共享密钥。 量子密钥是在双方建立通信后量子技术对比特币的影响量子技术对比特币的影响，通过双方之间的一系列操作生成的。 利用量子力学的特性，双方可以同时在自己手中生成一串随机数，无需查看对方的数据，就可以确定对方的随机数序列与自己的完全相同. 这个随机数序列用作密钥。 量子密钥的生成过程也是分发过程。 整个量子保密通信过程包括两个步骤。 第一步是密钥的生成。 这一步利用了量子力学的特点，需要特殊的方案和设备。

第二步是密文的传输，这一步是普通通信，可以使用任何现成的通信方法和设施。 量子密钥分发技术可以建立安全的通信密钥，通过“一次一密”的加密方式实现点对点的安全通信。 这里的安全性已经在数学上得到了严格的证明，这是迄今为止传统通信所无法实现的。 任何拦截或测量量子密钥的操作都会改变量子态，从而保证两地通信的绝对可靠性。 现有的量子密钥分发技术可以实现数百公里量级的量子密钥分发。 因此，量子信息一方面对区块链技术的密码学机制提出了巨大挑战，另一方面可能提供另一种新的加密方式——量子密钥分发，保证密钥的绝对安全。 目前，量子区块链已被学术界提出并成为学术研究领域的热点。 它是结合区块链分布式共识和量子密钥分发技术的综合技术解决方案。 因此，量子信息不是区块链的终点，而是区块链的起点。