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m147258 管理员
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抗量子计算加密标准将于2022年发布

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m147258 发表于 2020-7-30 17:54:51 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

  当前,区块链和分布式账本技术(DLT)已有了长足发展并广泛应用与多种场景中,原因在于其提供透明性,冗余性和问责性的能力。就区块链而言,此类特征是通过公钥加密和哈希函数提供的。但是,随着量子计算的飞速发展,基于Grover和Shor(格罗弗和舒尔)算法对公钥密码学和散列函数构成了重要威胁,迫使我们重新设计具有量子抗性的区块链密码系统,以承受潜在的量子攻击。基于此,我们需要研究后量子密码系统的最新技术,以及如何将其应用于区块链和DLT,以及后量子时代区块链系统及其面临的主要挑战。

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  1.概述

  区块链能够提供安全的通信,数据隐私,弹性和透明度,基于哈希算法和块链数据结构组成了一个分布式账本,允许在灵信任环境下的对等多方之间共享信息。区块链系统的用户通过公钥/非对称加密技术和哈希函数进行安全交互,这对于用户的身份认证和安全交易至关重要。

  如今,随着量子计算机的快速发展,量子信息技术正对公钥密码系统和哈希函数构成了重要威胁。

  对于公钥密码系统,量子攻击会影响最受欢迎的公钥算法,包括RSA(Rivest,Shamir,Adleman),ECDSA(椭圆曲线数字签名算法),ECDH(椭圆曲线Diffie-Hellman),或DSA(数字签名算法)等,运用Shor算法可在多项式时间内打破。

  另外,量子计算机可以利用Grover算法来加速哈希的生成,从而重新创建整个区块链;同时,Grover算法可用来检测哈希冲突,在替换区块链上的块数据结构的同时,保留其完整性。

  2.从量子前到量子后的区块链

  2.1 区块链的公钥安全

  我们一般常用安全位级别,来评估公钥密码系统抵抗经典计算攻击的强度。此级别定义为经典计算机执行暴力攻击所需的工作量。

  尽管当前还没有出现非常强大的量子计算机,但在未来的20年中,量子计算机将能够轻易破解当前强大的公钥密码系统。实际上,诸如NSA之类的组织已经警告了量子计算对IT产品的影响,并建议提高某些密码套件的ECC(椭圆曲线密码学)安全级别。

  2.2散列函数安全

  与公钥密码系统相反,传统的哈希函数被认为能够抵抗量子攻击,因为开发用于NP难题的量子算法似乎不太可能。尽管学者们最近提出了新的哈希函数来抵抗量子攻击,但通常建议增加传统哈希函数的输出大小。该建议与量子攻击有关,通过Grover算法以二次因子来加速蛮力攻击。

  2.3后量子区块链计划

  当前已有不少项目开展了量子后区块链计划的相关研究,包括NIST等。比特币后量子是一个主要的实验分支,它使用量子后数字签名方案。另一个是以太坊3.0,它计划应用包括诸如zk-STARKs(简洁化的全透明零知识证明)之类的抗量子组件。其他区块链平台,例如Abelian ,则建议使用基于晶格的后量子密码系统来防止量子攻击,而某些区块链(例如Corda)正在尝试使用SPHINCS之类的后量子算法。

  2.4区块链后量子方案的理想特征

  为了提高效率,后量子密码系统将需要为区块链提供以下主要功能:

  小秘钥。与区块链交互的设备在理想情况下需要利用小型公钥和私钥,以减少所需的存储空间。另外,小密钥在管理时涉及较少复杂的计算操作。对于需要物联网(IoT)终端设备交互的区块链而言,这一点尤其重要,因为后者通常在存储和计算能力方面受到限制。值得指出的是,与其他新兴技术如深度学习一样,物联网在过去几年中经历了显着增长,但物联网设备仍然面临一些重要挑战,主要是关于安全性问题,在某种程度上限制了它与区块链的联合使用以及其广泛采用。

  能耗低。诸如比特币之类的一些区块链应用被认为是耗电大户,主要是因为执行其共识协议所需的能量消耗。还有其他影响功耗的因素,例如使用的硬件,已执行的通信事务的数量,以及所实施的安全方案,由于所执行的操作的复杂性,它们可能会消耗大量的电流。


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精彩评论9

竹马小道 发表于 2020-7-30 20:30:17 | 显示全部楼层
这篇帖子写的真的很不错
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爱你的小笨蛋 发表于 2020-7-30 21:30:43 | 显示全部楼层
学习了,谢谢分享、、、
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倾城之恋 发表于 2020-8-1 07:50:06 | 显示全部楼层
虽然还没看完呢~~~~~~ 不过先顶起来再说……
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莫回首 发表于 2020-8-2 13:13:11 | 显示全部楼层
路过,学习下,涨知识了,嘿嘿
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千里书 发表于 7 天前 | 显示全部楼层
楼上的观点很新颖,受教了……
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千古之谜 发表于 7 天前 | 显示全部楼层
楼主的不吝赐教,让在下受益良多!
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花开一瞬间 发表于 7 天前 | 显示全部楼层
看帖学知识,回帖是美德!
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浅笑√倾城 发表于 7 天前 | 显示全部楼层
相当不错,感谢无私分享精神!
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乞讨的浪子 发表于 6 天前 | 显示全部楼层
找到好贴不容易,我顶你了,谢了
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