2017-量子技术应用专题系列报告之一：量子计算来了，区块链还安全吗？14页

量子计算与区块链安全：挑战与应对

核心内容概述

本报告分析了量子计算技术的发展及其对现有通信安全系统，尤其是区块链技术的潜在威胁，并探讨了应对量子计算威胁的信息安全解决方案。

主要观点

• 量子计算的革命性：量子计算采用量子比特（qubit）作为最小运算单元，能够实现真正的并行计算，大幅提升计算速度，理论上可在几秒内完成对1000位大数的因数分解，而传统计算机可能需要数千年。
• 量子计算的商业化进展：尽管量子计算仍处于发展阶段，但已初步走向商业化应用，IBM、微软、谷歌等科技巨头正在积极布局。
• 对非对称加密的挑战：非对称加密依赖于大数因子分解的数学难题，而量子计算能够快速解决该难题，从而对现有加密算法构成重大威胁。
• 对区块链安全的威胁：区块链依赖非对称加密保障数据和账户信息的安全，但量子计算可能在短时间内破解私钥，威胁数据安全和用户隐私。
• 应对方案：当前主要采用两种方案应对量子计算带来的安全威胁：量子密码通信（技术成熟）和抗量子密码（尚在研发）。

关键信息

1. 量子计算技术特点

• 计算单元：量子计算使用量子比特（qubit），传统计算使用二进制比特（0或1）。
• 计算方式：量子计算为并行计算，传统计算为串行计算。
• 计算结果：量子计算结果为概率性，传统计算结果为确定性。
• 计算能力：量子计算的计算能力随量子位数量指数增长，而传统计算能力则线性增长。
• 能耗优势：量子计算利用叠加态实现可逆操作，能耗远低于传统计算。

2. 量子计算对现有加密算法的威胁

• 非对称加密的原理：基于大数因子分解的数学难题，通过公钥和私钥实现加密和解密。
• 量子计算的破解能力：理论上可快速破解非对称加密，特别是1024位密钥，对现有通信安全系统构成巨大挑战。

3. 量子计算对区块链的影响

• 区块链的安全依赖：区块链通过非对称加密保障交易数据和账户信息的安全，但私钥一旦被破解，将导致账户信息泄露和数据篡改。
• 区块链的去中心化特性：所有节点保存相同数据，单个节点篡改无法成功，但私钥破解仍会带来严重安全风险。

4. 信息安全解决方案

• 量子密码通信：利用量子力学原理实现信息传输的无条件安全，技术已相对成熟，已在军事、金融等领域试点应用。
• 抗量子密码：基于量子计算难以解决的数学问题（如非线性方程组、背包问题）设计的新型密码算法，目前仍处于研发阶段。

技术发展现状

• 量子计算走向工程应用：从理论走向实践，工程论文数量逐渐追上理论论文数量。
• D-Wave公司：作为第一家商用量子计算机厂商，其量子位数量逐年提升，但其技术基于量子隧道穿透效应，而非量子门电路控制，因此对其是否为真正的量子计算机仍存在争议。
• 罗斯定律：D-Wave提出的定律认为量子位数量每年翻番，计算能力指数增长，将打破摩尔定律的极限。
• 资本市场关注：D-Wave累计融资达1.02亿美元，投资者包括高盛、Google等知名机构。

IT巨头布局量子计算

• IBM：推出5量子位的量子计算平台，用于算法和实验模拟。
• 微软：研究半导体与量子计算的结合，探索新型量子计算模拟器。
• 谷歌：采购D-Wave X2，证明其量子计算能力，并探索更简便的量子计算机构建方式。

通信行业公司估值（部分）

投资提示

• 量子计算的威胁：对非对称加密构成挑战，影响区块链等技术的安全性。
• 解决方案：量子密码通信（技术成熟）和抗量子密码（尚在研发）是当前应对方案。
• 看好量子密码通信：技术相对成熟，应用前景广阔，尤其在军事、金融等领域。

信息披露

• 分析师承诺：报告由具有证券投资咨询执业资格的分析师独立、客观出具，不涉及任何形式的补偿。
• 公司背景：隶属于申万宏源证券有限公司，拥有证券投资咨询业务许可。
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• 法律声明：本报告仅供客户使用，不构成投资建议，不承担任何使用后果。

结论

量子计算的出现将对现有通信安全系统，尤其是依赖非对称加密的区块链技术，带来重大挑战。然而，量子密码通信和抗量子密码作为应对方案，已逐步进入应用或研发阶段。随着技术的发展，量子密码通信被视为当前最安全、最可行的解决方案，而抗量子密码仍需进一步研究和标准化。