量子计算新突破：谷歌芯片Willow对区块链安全的影响

谷歌近日推出了新一代量子计算芯片Willow，这款拥有105个量子比特的芯片在量子纠错和随机电路采样两项基准测试中都达到了同类别的最佳性能。Willow在5分钟内完成了当今最快超级计算机需要10^25年才能完成的计算任务，这一数字甚至超出了已知宇宙的年龄。

Willow的一个重要突破是将错误率实现了指数级下降，并使其低于某个阈值，这是实现大规模实用性量子计算机的关键前提。研发团队负责人称，Willow是迄今为止最令人信服的可扩展逻辑量子比特原型，表明了大规模实用性量子计算机是可行的。

这一成就对区块链和加密货币领域产生了深远影响。虽然目前Willow的105个量子比特还远不足以破解比特币等加密货币使用的密码算法，但它预示着大规模实用性量子计算机的发展方向。一旦量子计算机达到足够规模，它们将能够破解目前广泛使用的椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）和哈希函数SHA-256。

在比特币交易中，ECDSA用于签署和验证交易，SHA-256用于确保数据完整性。研究表明，Shor量子算法只需要百万个量子比特就能完全破解ECDSA。这意味着，一旦攻击者获取了ECDSA公钥，就可能在量子计算机上推导出对应的私钥，从而控制该私钥的所有比特币。

尽管Willow芯片暂时还无法对现实中使用的RSA和ECDSA等算法造成直接威胁，但它已经对加密货币的安全体系提出了新的挑战。如何在量子计算的冲击下保护加密货币的安全性，成为了科技界和金融界共同关注的焦点。

为应对这一挑战，开发抗量子区块链技术，特别是将现有区块链进行抗量子升级成为了当务之急。后量子密码（PQC）是一类能够抵抗量子计算攻击的新型密码算法，它们在量子时代仍然保持安全。

目前，已有机构完成了区块链全流程的后量子密码能力建设，包括支持多个NIST标准后量子密码算法以及后量子TLS通信的密码库。同时，针对后量子签名较ECDSA存储膨胀的问题，通过优化共识流程和降低内存读取延迟，使得抗量子区块链TPS可达原链的50%左右。

此外，在富功能密码算法的后量子迁移方面也取得了进展。业界首个高效的后量子分布式门限签名协议已经问世，克服了传统后量子密管方案无法支持任意门限值的缺点，并在性能上有显著提升。

随着量子计算技术的不断进步，区块链和加密货币行业需要积极应对潜在的安全威胁。开发和实施抗量子技术将成为确保这些系统长期安全性和可靠性的关键。