量子計算機的出現對各種數字貨幣產生了威脅（如比特幣），而現在俄羅斯科學家已經研發出了一種量子技術來保障各區塊鏈的安全。也就是說，這種全新的區塊鏈加密方法利用的恰恰是對區塊鏈本身造成安全威脅的量子計算技術。

　　在位于莫斯科的俄羅斯國家量子研究中心，研究者Evgeny Kiktenko及其團隊已經設計、建造以及測試了首個量子區塊鏈系統。顧名思義，該系統將以量子加密技術保障區塊鏈的安全。目前，該技術已投入到了商業應用中。

圖丨俄羅斯國家量子研究中心研究人員 Evgeny Kiktenko

　　眾所周知，區塊鏈技術要部署到商業應用，首先要解決的就是共識機制問題，即在交易發生時，所有節點都認同的某種約定。共識機制也很容易失效，因為同一時間點可能會發生很多起交易，所以比特幣目前也面臨交易次數擴容的問題。

　　此外，交易過程中還存在一些誤導因素，比如“拜占庭將軍問題”，這可以簡單理解為各個利益方相互制衡的互不信任關系。但如果將這種不信任關系變得相對公開，交易方都能對對方的身份進行安全驗證，就能很大程度上緩解這一問題。

圖丨拜占庭將軍問題

　　簡單而言，Evgeny Kiktenko 團隊所搭建的量子識別系統是基于堅實可靠的物理法則來解決共識機制問題，它可以保證參與的每一方都能安全準確的對另一方進行身份驗證。同時，由于每個人的“量子信息”都是和所有交易相關聯的，所以信息變得相對公開，篡改起來也就沒有那么容易。

圖丨量子區塊鏈技術設備

　　Evgeny Kiktenko表示，他們已經使用瑞士公司ID Quantique的商用量子加密系統搭建起了一個上文所描述的量子識別系統。他們說：“我們已經開發了一種基于信息理論安全認證的區塊鏈協議，在這個網絡中，每對節點都是通過量子密鑰分發鏈路相連接?！?/p>

　　為了驗證量子區塊鏈技術的可行性，該團隊已經在擁有四個用戶的網絡中進行了測試，其中一個用戶試圖通過做出雙倍的支出來驗證系統的可靠性?！斑@個協議僅僅通過兩輪信息溝通就識別出、并取消了雙倍支出的交易申請，并且在同一時間就形成了只允許進行合法交易的區塊?！?/p>

圖丨區塊鏈技術原理示意圖

　　這是一個簡單有趣的原理驗證實驗，揭示了量子技術是怎樣來保護塊鏈技術的。但這個實驗也并非十全十美，如果有超過三分之一的參與者不遵守承諾，惡意欺騙，那么量子驗證系統本身也無能為力。當然，隨著量子系統規模的擴大，也會有越來越多的技術瓶頸凸顯出來，其中關鍵的就是要通過建立一個量子互聯網來保證長距離應用的可靠性。

　　不過，鑒于目前世界上有眾多的科研人員都在攻關這一難題，相信這一問題會很快得到解決。

圖丨三人示意量子秘鑰分布原理

　　那么，為什么這項聽上去十分陌生的技術概念會誕生？眾所周知，數字貨幣是銀行系統、商業機構和政府間競爭的關鍵，所有人都在想方設法掌握該技術和貨幣的獲取方法。因此，比特幣市場正以指數形式瘋長，上個月就已經達到九百億美元。無論下一步會發生什么，數字貨幣在全球金融市場中的影響力激增是毋庸置疑的。

　　問題來了，如何才能確保使用者誠實地交易貨幣？很多人都會提及被認為是“堅不可摧”的區塊鏈技術。簡單的說，區塊鏈是一個賬本，存放在互聯網的各個比特幣節點上，每個節點都有一份完整的備份，里面記錄著自比特幣誕生以來的所有比特幣轉賬交易。

　　該賬本是分區塊存儲的，每一區塊包含一部分交易記錄。每一個區塊都會記錄著前一區塊的ID，從而形成一個鏈狀結構，所以被稱為區塊鏈。當你要發起一筆比特幣交易的時候只需把交易信息上傳到P2P網絡中,礦工把你的交易信息記錄成一個新的區塊連到區塊鏈上，交易就完成了。

　　然而，區塊鏈之所以堅不可摧，是因為它實現了數據儲存系統的去中心化，取消了常用的管理機構或服務器系統，而將信息分攤到每一節點當中，且任意節點的破壞也不好影響整體的運作。其次，區塊鏈相當于一個透明信息網絡，每一筆交易都對各個節點公開透明，不存在信息不對稱的現象。所以加密的數字貨幣絕對安全......除非受到“暴力攻擊”。

　　這里的暴力攻擊不是物理上的武裝襲擊，而是指用計算機簡單粗暴地“試”出密碼。雖然目前這一方法還很不現實，因為隨機嘗試的可能性太多，經典計算機幾十年都試不出來。但是量子計算機可以；大家知道最近IBM的量子計算機已經投入使用了，據說會在不久的將來實現量產。所以即使有區塊鏈技術，比特幣的安全也將受到嚴重威脅。

　　具體談到加密技術，就不得不提區塊鏈所運用的“哈希算法”。該算法”是一種單向密碼體制，即它是一個從明文到密文的不可逆的映射，只有加密過程,沒有解密過程?！倍?，哪怕對明文不起眼的一點修改都會引起密文（也叫做“哈希值”）的巨大變化，所以交易數據幾乎不可能被篡改。

　　每一次新的交易都會被編成明文，并被添加到現有的交易記錄中；通過再次進行哈希算法，新的哈希值就會生成并被儲存在區塊鏈上。所以每次哈希值的生成都是所有交易數據的映射，也就是隱含了過往的所有交易記錄。

　　在區塊鏈中，所有的交易節點計算機都儲存著同樣的哈希值，如果任何計算機不同意這一數值，那就說明這臺機器被篡改了。如果黑客能夠在篡改記錄的情況下依舊保持哈希值不變，那么系統的麻煩就大了。通過暴力攻擊，不法者能夠一條條試出每一種篡改方法，然后對比出哪一種改法的哈希值不變。

　　另外，在對各個節點計算機對比哈希值的過程中，某個不法參與者可能偽裝出多臺計算機以混淆視聽。這會對信息的準確性和對惡意襲擊的來源判斷產生嚴重影響。

　　對于以上的問題，Evgeny Kiktenko團隊的論文分別提出了兩種解決方法。第一種是在加密過程中在哈希算法加持量子簽名（post-quantum digital signature schemes），不過具體細節沒有透露。第二種，在信息對比過程中，采用一種叫做量子秘鑰分布（Quantum Key Distribution）的方式來驗證每位參與者的身份。

圖丨糾纏態光子發射源——實現量子秘鑰分布的關鍵技術

　　對于量子密鑰的概念我們并不陌生，我國發射的墨子號衛星利用的就是這一原理。信息被加載在光子等量子載體上，極高的安全性使得竊聽者很難對信息進行復制或破壞。

　　無論如何，量子技術的發展就是這樣，成熟的量子計算機既可以攻克任何使用傳統密碼技術保存的信息，它也可以被用來和區塊鏈技術結合，提升密碼保護的安全等級。不得不說，技術就是在這樣的自我矛盾之中一點一點進步的。

責任編輯：韓希宇