量子霸權時代已來臨!美國國家安全局正在開發「量子密碼學」,防止傳統密碼被破解

加密貨幣被破解?美國國家安全局 NSA 正在開發「量子密碼學」,抵禦量子電腦造成的資安問題。

【為什麼我們要挑選這篇文章】量子電腦快速發展,IBM、Google 皆推出量子位元超過 50 的量子電腦,達到量子霸權,代表在特定領域下,量子電腦的算力可以超越任何的傳統電腦。當量子電腦的應用擴大,它的算力可以破解現有的密碼系統,對金融、國安造成威脅。對此,美國國家安全局正在開發「量子密碼學」,應對量子電腦的造成的資安問題。(責任編輯:郭家宏)

據彭博社專門報導網路安全的記者威廉・圖頓(William Truron)指出,美國國家安全局(NSA)的網路安全理事會主任安妮・紐伯格(Anne Neuberger)在第 10 屆比林頓網路安全高峰會上表示,國家安全局正在開發量子抵禦的密碼學(quantum-resistant crypto)。

量子電腦若發展完備,可在幾秒內破解現有公鑰系統密碼

量子電腦的概念是在 1982 年由物理學家費曼(Richard Feynman)首先提出,12 年之後,數學家 Peter Shor 建立了演算法,受到更多科學家的重視。

傳統電腦是用二進位的位元(bit)運算,僅有兩個狀態:0 和 1 ,不會有其他狀態。量子位元卻有介於 0 和 1 之間的狀態。

根據薛丁格的理論,在一個系統被觀測之前,它的狀態不會是個確切的數值,而是機率函數的疊加狀態。這個理論是量子力學的基礎,也是量子電腦的原理。量子電腦的位元會是 0 和 1 的機率疊加狀態,這讓量子電腦有更多元的狀態可以做運算,因此運算速度加快。

因此,未來若是量子電腦發展完備,就有可能在幾秒鐘的時間內,破解現有的公鑰系統密碼,包含銀行系統、比特幣等密碼貨幣的數位簽章。若遭破解,個資將被盜取或竄改,造成資安的威脅。

量子電腦仍在起步階段,目前只能處理量子演算法

不過,目前量子電腦的發展仍處於起步階段,都只能跑量子演算法,甚至是針對特定演算法製造的。以最有名的量子電腦 D-WAVE 為例,通常都用在跑量子退火演算法(Quantum annealing)上,解決最優化問題。

(註:量子退火是一種量子漲落特性的次經驗演算法,可以在目標函數擁有多組候選解答的情況下,找到全局最優解。量子退火主要用於解決離散空間有多個局部最小值的問題,例如尋找自旋玻璃的亞穩定基態。)

D-Wave 量子電腦。圖片來源:D-Wave 官網

也就是說,目前量子電腦尚未能夠破解比特幣公私鑰的能力。要等到量子電腦的量子位元(算力)夠了之後,才有可能。而在去年的美國物理學會上,Google 發表了 Bristlecone,一款 72 位量子位處理器,錯誤率只有 1%。達到了「量子霸權」。

所謂量子霸權是指超過 50 量子位元,其計算能力優於任何一台傳統電腦。

量子運算的出現,會是現行密碼機制的「末日」嗎?

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該擔心量子電腦的不是加密貨幣,而是銀行、運輸等基礎建設

密碼龐克台灣發起人陳伯韋告訴動區:

目前的量子電腦雖然只能解決最優化問題,但是該領域的速度進展得很快。如果真的開發出來,就有可能用窮舉法列出比特幣所有的私鑰,破解所有的帳戶。事實上,現在已經有人在做了。

(註:窮舉法亦稱作分類證明、分類分析證明、完全歸納法、暴力法,是一種數學證明方法。它將所求證的命題分為有限種情形或是等價情形的集合,就每種類型分別檢驗該命題是否成立。)

陳伯韋表示,多重簽名的公私鑰是比較有可能對抗量子電腦的。

對於許多人認為,只要在比特幣網路上更改公私鑰的演算法就可以解決,陳伯韋則認為不太可能:

「更改成多重簽名的公私鑰就意味著『公私鑰的儲存空間』要變得很大,假設是 1,000 倍才能對抗量子電腦好了,那以現在比特幣一個區塊裝 2,000 至 3,000 筆交易,就會變成每個區塊只能裝 2 到 3 筆交易。」

不過陳伯韋也表示,真正該先擔心的不是密碼貨幣,一旦量子電腦開發出來,首當其衝的會是傳統金融的銀行帳戶、運輸系統、電廠、軍用設施等等的基礎建設。

「現在已經很多機構在著手研究開發量子抵禦的密碼學(quantum-resistant crypto)。現在許多專家都在提倡,要儘速建立量子加密技術以保障資安,防範密碼遭到破解。

所以美國國安局著手開發量子抵禦加密這件事,其實不算讓人太意外。」

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(本文經合作夥伴 動區動趨 BlockTempo 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈加密貨幣被破解?美國國家安全局 NSA 正在開發「量子密碼學」,抵禦量子電腦造成的資安問題 〉。首圖來源: 動區動趨 BlockTempo

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