量子計算新突破：谷歌Willow芯片對區塊鏈安全的潛在影響

谷歌近日推出了新一代量子計算芯片Willow，這標志着量子計算領域又一重大突破。Willow芯片擁有105個量子比特，在量子糾錯和隨機電路採樣兩項基準測試中均創下同類最佳性能。

特別引人注目的是，Willow在隨機電路採樣測試中僅用5分鍾就完成了常規超級計算機需要10^25年才能完成的計算任務。這一數字遠超已知宇宙年齡，甚至超出了物理學已知的時間尺度。

Willow芯片的一個關鍵突破在於顯著降低了錯誤率。隨着量子比特數量增加，計算過程出錯概率通常會上升。但Willow實現了錯誤率的指數級下降，使其低於關鍵閾值，爲構建大規模實用量子計算機鋪平了道路。

Google Quantum AI負責人Hartmut Neven表示，Willow是首個錯誤率低於閾值的系統，是迄今最有說服力的可擴展邏輯量子比特原型，證明了大規模實用量子計算機的可行性。

盡管Willow的105個量子比特數量還遠不足以破解目前加密貨幣使用的密碼算法，但它預示着大規模實用量子計算機的發展方向。這對區塊鏈和加密貨幣領域帶來了新的挑戰。

目前，橢圓曲線數字籤名算法(ECDSA)和SHA-256哈希函數被廣泛應用於比特幣等加密貨幣交易中。研究表明，量子算法理論上可以破解這些算法，盡管所需的量子比特數量仍然很大。

比如，破解SHA-256需要數億個量子比特，而破解ECDSA則需要百萬級別的量子比特。雖然目前的量子計算機還無法構成實際威脅，但隨着技術進步，未來可能會出現足夠強大的量子計算機來挑戰這些加密系統。

在比特幣交易中，存在兩類主要的錢包地址:直接使用ECDSA公鑰的"支付給公鑰"(p2pk)交易，以及使用公鑰哈希值的"支付給公鑰哈希"(p2pkh)交易。後者佔比更大，但在交易時公鑰會暴露。這意味着，一旦出現足夠強大的量子計算機，攻擊者可能在短時間內破解私鑰並竊取資金。

因此，開發抗量子區塊鏈技術，特別是對現有區塊鏈進行抗量子升級，已成爲當務之急。後量子密碼(PQC)是一類能夠抵抗量子計算攻擊的新型密碼算法，被認爲是未來保護區塊鏈和加密貨幣安全的關鍵技術。

一些研究機構已經在這一領域取得了進展。例如，有機構完成了區塊鏈全流程的後量子密碼能力建設，開發了支持多個NIST標準後量子密碼算法的密碼庫，並實現了後量子TLS通信。同時，針對後量子籤名存儲膨脹的問題，通過優化共識流程和降低內存讀取延遲，使得抗量子區塊鏈的交易處理速度可達原鏈的50%左右。

此外，在富功能密碼算法的後量子遷移方面也有突破。一些團隊研發了針對NIST後量子籤名標準算法Dilithium的分布式密鑰管理協議，這是業界首個高效的後量子分布式門限籤名協議，在性能上較現有方案有顯著提升。

雖然谷歌的Willow芯片尚未對現有加密系統構成直接威脅，但它無疑爲量子計算的未來發展指明了方向。隨着量子計算技術的不斷進步，加密貨幣和區塊鏈領域需要未雨綢繆，積極開展抗量子技術研究，以確保在量子時代來臨時仍能保持安全性和穩定性。