区块链已成为当今数字时代改变游戏规则的突破性技术，改变了从金融交易到数据安全的所有事物。为了保护和验证交易，区块链要依赖复杂的加密算法。然而，随着在量子计算的出现时我们即将迎来一场新技术革命，现有加密标准的持久性也正受到质疑。
凭借其绝佳的处理能力，量子计算有潜力打破作为区块链安全基础的传统加密协议。这种即将到来的威胁让创建一种新的密码学——后量子密码学（PQC）——成为必要。当我们探索这个新领域时，我们需要掌握区块链密码学的原理以及量子计算改变数字安全格局的方式，这一点至关重要。
在接下来的章节中，我们将研究区块链中密码学的现状、量子计算的颠覆性影响，以及后量子密码学如何成为保护我们数字未来的关键技术。
了解区块链中的密码学
区块链技术是当前数字交易和数据安全的支柱。为了维护网络的完整性和安全性，该技术采用了多种加密方法。这些方法大致分为三种类型：对称密钥密码术、非对称密钥密码术和哈希函数，每种方法在区块链生态系统中都发挥着独特的作用。
对称密钥密码学
对称密钥密码学使用单个密钥进行加密和解密。这种方法在数据加密方面十分有效，它因而闻名。尽管对称密钥加密技术是一种快速高效的加密方法，但由于使用它在发送者和接收者之间安全传输密钥存在困难，因此它在区块链中并不常用。对于像区块链这样的去中心化系统而言，这种限制非常关键，其中信任和安全至关重要。
了解更多 https://www.gate.io/learn/articles/what-is-symmetric-key-cryptography/305
非对称密钥密码学
与对称密钥密码学相反，非对称密钥密码学使用两个密钥：用于加密的公钥和用于解密的私钥。由于它允许多方之间安全共享数据，这种方法在区块链应用程序中的运用越来越普遍。尽管比对称密钥方法慢，但它提供了更高的可扩展性和安全性。对于比特币交易等各方之间的信任至关重要的情况，这一点十分关键。
了解更多：https://www.gate.io/learn/articles/what-are-asymmetrickey-algorithms/32
哈希函数
哈希函数是区块链技术必不可少的，因为它们不需要密钥。相反，他们将明文转换为固定长度的哈希值，确保数据的完整性和安全性。这些功能非常重要，有助于建立安全可信的区块链环境。它们对于连接区块链中的区块也是十分关键，能确保每个块都安全且不可更改地链接到其前一个区块。
密码学在区块链应用中的作用
区块链密码学是多样的，每种技术都具有不同的功能，有助于保障区块链网络的整体安全性、可信性和功能。以下是区块链中使用密码学的一些最常见领域。
- 数字签名：这提供身份验证、完整性和不可否认性，提供了现实世界签名的数字化对等内容。它是区块链上的交易验证必不可少技术。
- 交易安全：加密货币中采用了 SHA-256 等加密算法，形成了安全可靠的数字货币交易的支柱。
- 智能合约：在智能合约的执行中利用了密码学原理，智能合约根据预定义条件自主执行操作，从而提高区块链交易的效率和可靠性。
- 身份和访问管理：区块链利用加密方法安全地管理数字身份，为数据隐私和受控访问提供了强大的解决方案。
量子计算概观
量子计算是计算机技术取得的巨大进步，与常规计算有着根本的不同。常规计算机利用位（0 和 1）来处理信息，而量子计算机则使用量子位。由于叠加和纠缠定律是量子力学的基本思想，这些量子位可以同时存在于多种状态。量子计算机因而能够以惊人的速度处理大量数据，远远超过了当今最强大的超级计算机的处理能力。
量子计算为众多行业带来了巨大的潜在影响，特别是大大影响了需要解决复杂问题能力和数据处理能力的领域。然而，其最大的颠覆性潜力在于其挑战了现有加密方法的能力。密码学很大程度上依赖于数学问题，而这些问题现在很难或不可能使用常规计算来解决。量子计算具有强大的处理能力，将会瓦解现有的加密方法，给包括区块链技术在内的多个系统带来巨大的安全风险。
量子计算暴露的漏洞
来源：https://cybersecurityglossary.com/rivest-shamir-adleman-rsa/
RSA 加密漏洞
分解大素数面临的挑战是 RSA 加密（一种广泛使用的公钥密码系统）的基础。许多数字安全协议都依赖于这种加密方法。量子计算机破解 RSA 加密的速度比传统计算机快得多。专门为量子计算机创建的算法（例如 Shor 算法）可以快速解决素数分解问题，从而损害 RSA 加密提供的安全性。
ECC（椭圆曲线密码学）面临风险
分解大素数面临的挑战是 RSA 加密（一种广泛使用的公钥密码系统）的基础。许多数字安全协议都依赖于这种加密方法。量子计算机破解 RSA 加密的速度比传统计算机快得多。专门为量子计算机创建的算法（例如 Shor 算法）可以快速解决素数分解问题，从而损害 RSA 加密提供的安全性。
哈希算法和量子计算
加密哈希函数（例如 SHA-256）对于数据完整性和身份验证十分重要。它们广泛应用于包括区块链在内的各种加密应用中。虽然人们认为哈希函数更能抵抗量子攻击，但它们并不能完全免疫。碰撞攻击（例如 Grover 的技术）理论上可以加速识别哈希输入数据的过程，尽管这不如 RSA 或 ECC 的影响那么显着。
后量子密码学 (PQC) 简介
后量子密码学 (PQC) 是指被视为可以安全抵御量子计算机攻击的密码算法。随着量子计算取得进步，它对传统密码算法构成了巨大威胁，而传统密码算法在保护数字通信和数据方面必不可少。这种迫在眉睫的威胁加速了 PQC 的发展。PQC 是致力于创建这样一个密码系统，它即使面对更强的量子计算机功能也能保障系统的安全。
PQC 并不需要在密码学中使用量子技术（如量子密钥分发），而是开发经典（非量子）计算机仍然可以运行但量子计算机无法轻易破解的算法。PQC 十分重要，这源于其在保护敏感数据和通信免受未来量子攻击方面具有潜在的作用，这一点十分关键，能保障国家安全、金融和个人数据保护等多个行业的长期安全性。
PQC 的潜在作用
- 保护区块链技术：鉴于区块链需要依赖交易和智能合约的加密协议，PQC 对于其持续安全至关重要。
- 确保长期数据安全：PQC 提供了一种保护当前和未来数字通信免受潜在量子解密的途径。
- 适应性：其目标是开发可以集成到现有基础设施中且干扰最小的 PQC 算法。
NIST 的作用和 PQC 算法
美国国家标准与技术研究院 (NIST) 在 PQC 算法的开发和标准化方面扮演极其重要的角色。美国国家标准与技术研究院 (NIST) 很早就认识到了量子威胁，因此启动了一项程序来征求、评估和标准化一种或多种抗量子公钥密码算法。他们的目标不仅仅是开发能够抵御量子攻击的算法，还要确保它们是高效且易于执行的。
NIST 从收到的众多已提交材料中挑选了七种算法，并对它们进行进一步评估，重点关注各种加密方法。根据最新的更新，有四种类型的算法具有大好的前景：
基于格的密码学：这些算法基于格问题，需要在高维格中查找最短或最接近的向量。即使量子计算机也很难破解这种密码。其用例有容错学习 (LWE) 问题及其变体。
基于代码的密码学：这些算法源自纠错码，基于解码一般线性代码的难度。它们已经得到了几十年的研究，并以其具有抵抗量子攻击的能力而闻名。
多变元多项式密码学：这些算法需要解析多变元多项式系统这个已知的难题。它们因其效率高且按键尺寸小而颇具吸引力。
基于哈希的加密：这需要使用哈希函数创建数字签名。这些算法的安全性源于哈希函数抵抗碰撞、原像和第二原像攻击的能力。
与区块链安全的相关性
与现有区块链基础设施集成：所选的PQC算法需要与现有区块链系统兼容，要能仔细斟酌其集成和部署。
确保区块链网络的长期生可行性：随着区块链技术不断发展并获得广泛采用，集成 PQC 十分关键，能确保其有能力抵御量子威胁。
平衡性能和安全性：鉴于许多区块链网络具有资源限制，所选的 PQC 算法必须平衡计算效率与强大的安全性。
PQC 是一种保护加密系统免受量子计算威胁的积极方法。美国国家标准与技术研究院 (NIST) 参与了 PQC 算法标准化工作，这对于包括区块链在内的众多技术的未来安全至关重要。这些算法的采用十分关键，将确保后量子未来区块链网络的长期安全性和可行性。
在区块链中实施 PQC：策略和挑战
随着量子计算的到来，将 PQC 纳入区块链能确保网络的长期安全性，这一点至关重要。因为，区块链技术在各种应用（包括金融交易和身份管理）之中得到了越来越多的运用。区块链的信任模型基于其密码安全性。在通过保证交易和数据免受量子威胁来维护信心方面，PQC 极其重要。
实施 PQC 的主要挑战
- 算法选择和标准化：要选择正确的 PQC 算法，它既能安全抵御量子攻击，又能足够高效地支持区块链应用。
- 与现有系统集成：使用新的 PQC 算法更新现有的区块链系统而不中断其运行是一项重大的技术挑战。
- 性能注意事项：PQC 算法通常需要更多的计算资源。极其重要的是，要确保它们不会显着降低区块链系统的性能。
- 密钥管理和存储：向 PQC 的过渡可能会使密钥管理和存储实践发生变化，因为 PQC 算法通常具有不同的密钥大小和结构要求。
潜在的解决方案
- 分阶段实施：逐步引入PQC，从而能在全面部署之前对其进行测试和优化。
- 混合密码系统：将当前的密码方法与 PQC 算法相结合，这能在过渡期间平衡安全性和性能。
- 与密码学社区合作：与密码学专家开展密切合作，以了解最新的 PQC 发展和最佳实践。
区块链中 PQC 集成的分层方法
硬件层
为了满足 PQC 算法的计算需求，区块链网络中的节点可能需要硬件升级。这包括升级到更快的 CPU 和更大的内存容量。为了支持 PQC 算法，可能需要修改或更换专用加密硬件，例如硬件安全模块 (HSM)，以确保安全密钥的生成、存储和管理。
数据层
存储在区块链上的数据向 PQC 的过渡需要采用抗量子加密技术。这可能带来更大的加密有效负载，从而导致数据存储和处理程序发生变化。虽然哈希函数总体上更能抵抗量子，但要评估其针对量子攻击的安全性，这一点至关重要。任何必要的更新都将需要确保区块链的数据完整性不受到损害。
网络层
PQC 不仅必须保护交易数据，还必须保护节点之间的通信连接。这包括传输中的数据加密和网络请求身份验证，这将要求开发新协议或升级现有协议。
共识层
为了启用 PQC，可能需要修改区块链共识方法（例如工作量证明或权益证明）。可以改变区块验证和添加到区块链的方式，以确保共识过程在面对量子威胁时是防篡改的。
激励层
PQC 的使用可能会改变区块链网络参与的计算动态。为了使激励措施与新的安全协议保持一致，可能需要重新评估矿工或验证者的奖励结构。
合约层
智能合约通常是区块链操作的基础，必须在后量子世界中检查其加密安全性。要使用 PQC 算法，开发人员可能需要构建新合约或更改现有合约，以确保其执行的安全性，从而免受量子攻击。
应用层
要支持未来的加密标准，需要更新终端应用程序和界面（例如钱包和交易平台）。这包括确保 API 能够处理新的密钥格式和加密技术，并确保构建的用户界面能够轻松引导用户通过任何新的安全流程。
案例研究和实际应用
抗量子账本（QRL）
抗量子账本（QRL）将后量子密码学融入区块链技术，是一个著名的实时项目。QRL 是一种专门开发用于抵抗量子计算攻击的区块链技术。该项目使用了后量子计算方法，能实现绝对的安全，并通过了 red4sec 和 x41 D-sec 审计的验证，它因此而闻名。
QRL 项目的主要功能：
- 多平台支持：QRL 支持各种用户交互平台，包括适用于 Windows、Mac 和 Linux 的桌面应用程序、适用于 iOS 和 Android 的移动应用程序以及 Web 界面。
- 硬件钱包支持：该项目支持Ledger Nano S等硬件钱包，提高了数字资产的安全性。
- 链上消息支持和公证：QRL 提供链上消息支持和公证，为区块链添加了多个功能层。
- 密钥库 ID 集成：此功能提高了生态系统内的用户标识和安全性。
- 强大的 API：QRL 提供了广泛的 API，包括 QRL API、Explorer API、Wallet API 和命令行工具，让开发人员和集成者能高度进行自定义。
QRL 打算实施智能合约和权益证明共识方法，这两种方法目前都在开发中。开发者中心的创建预计将大大提高该项目的开发产出。这项研究展示了区块链技术扩展以包含抗量子特性的方法，从而在面对不断增强的量子计算机能力时能确保网络的安全性和寿命。QRL 项目将自己展示为一个面向未来、功能丰富的区块链解决方案，凸显了预测和应对区块链领域日益增长的技术挑战和可能性的重要性。
全球化计划与合作
量子安全安全工作组（QSWG）：该工作组由顶尖技术企业和研究机构组成，旨在制定量子安全密码学的标准并产出最佳实践。QSWG 做出全球性的努力，致力于解决与转向抗量子密码技术相关的困难。
欧洲量子旗舰计划：欧洲量子旗舰计划是学术、工业和政府团体组成的联盟，致力于发展量子技术，特别是量子安全密码解决方案。他们正在研究将各种技术（特别是区块链系统）集成到当前基础设施中的方法。
企业适应性和创新
IBM 的量子安全区块链：作为量子计算研究的先驱，IBM 正在为其区块链平台创建量子安全加密解决方案。他们重点研究开发能够抵御量子攻击的算法，同时保持其高效并与现有系统兼容。
谷歌的量子计算研究：谷歌正在积极探索量子计算及其对密码学的影响。为了防范未来的量子威胁，他们正在研究可能集成到区块链技术中的新加密协议。
技术进步和突破
抗量子算法开发：来自不同机构的研究人员正在研究复杂的抗量子算法，例如基于格的密码学，这些算法被视为可以有效抵御量子计算机攻击。他们正在评估这些算法是否可能引入到区块链网络。
特定行业案例研究
医疗保健区块链适应性：使用区块链安全地管理患者数据的医疗保健组织在开始测试 PQC 解决方案。这些组织特别关心保护敏感健康数据免受未来量子计算威胁。
政府服务和区块链安全：世界各地的各个政府机构正在测试公共服务的区块链项目，目标是纳入 PQC 以确保长期数据的安全性和完整性。
结语
随着量子计算的出现所预示的新技术时代的到来，将后量子密码学（PQC）纳入区块链技术成为一项重要工作。本文介绍了区块链的密码学基础、量子计算迫在眉睫的威胁，以及 PQC 在加强区块链应对这些未来问题方面的关键作用。
从对称和非对称密钥加密到哈希函数，这些对区块链中现在使用的许多加密方法的探索技术已经建立起了理解量子危险的框架。量子计算具有破坏标准加密协议的潜力，这强调了转向抗量子算法的重要性。对 PQC 的探索带来了一线希望，为后量子世界中的区块链技术安全提供了一条途径。
从全球举措到业务突破，这一系列现实世界的应用和案例研究展示了为跨部门采用 PQC 所做协作努力。这些例子不仅展示了学术原理的实际应用，还凸显了这一转变中面临的困难和学习曲线。向抗量子区块链的过渡正在受到从医疗保健到政府服务等行业的关注。
相关文章
如何质押 ETH？
区块链已成为当今数字时代改变游戏规则的突破性技术，改变了从金融交易到数据安全的所有事物。为了保护和验证交易，区块链要依赖复杂的加密算法。然而，随着在量子计算的出现时我们即将迎来一场新技术革命，现有加密标准的持久性也正受到质疑。
凭借其绝佳的处理能力，量子计算有潜力打破作为区块链安全基础的传统加密协议。这种即将到来的威胁让创建一种新的密码学——后量子密码学（PQC）——成为必要。当我们探索这个新领域时，我们需要掌握区块链密码学的原理以及量子计算改变数字安全格局的方式，这一点至关重要。
在接下来的章节中，我们将研究区块链中密码学的现状、量子计算的颠覆性影响，以及后量子密码学如何成为保护我们数字未来的关键技术。
了解区块链中的密码学
区块链技术是当前数字交易和数据安全的支柱。为了维护网络的完整性和安全性，该技术采用了多种加密方法。这些方法大致分为三种类型：对称密钥密码术、非对称密钥密码术和哈希函数，每种方法在区块链生态系统中都发挥着独特的作用。
对称密钥密码学
对称密钥密码学使用单个密钥进行加密和解密。这种方法在数据加密方面十分有效，它因而闻名。尽管对称密钥加密技术是一种快速高效的加密方法，但由于使用它在发送者和接收者之间安全传输密钥存在困难，因此它在区块链中并不常用。对于像区块链这样的去中心化系统而言，这种限制非常关键，其中信任和安全至关重要。
了解更多 https://www.gate.io/learn/articles/what-is-symmetric-key-cryptography/305
非对称密钥密码学
与对称密钥密码学相反，非对称密钥密码学使用两个密钥：用于加密的公钥和用于解密的私钥。由于它允许多方之间安全共享数据，这种方法在区块链应用程序中的运用越来越普遍。尽管比对称密钥方法慢，但它提供了更高的可扩展性和安全性。对于比特币交易等各方之间的信任至关重要的情况，这一点十分关键。
了解更多：https://www.gate.io/learn/articles/what-are-asymmetrickey-algorithms/32
哈希函数
哈希函数是区块链技术必不可少的，因为它们不需要密钥。相反，他们将明文转换为固定长度的哈希值，确保数据的完整性和安全性。这些功能非常重要，有助于建立安全可信的区块链环境。它们对于连接区块链中的区块也是十分关键，能确保每个块都安全且不可更改地链接到其前一个区块。
密码学在区块链应用中的作用
区块链密码学是多样的，每种技术都具有不同的功能，有助于保障区块链网络的整体安全性、可信性和功能。以下是区块链中使用密码学的一些最常见领域。
- 数字签名：这提供身份验证、完整性和不可否认性，提供了现实世界签名的数字化对等内容。它是区块链上的交易验证必不可少技术。
- 交易安全：加密货币中采用了 SHA-256 等加密算法，形成了安全可靠的数字货币交易的支柱。
- 智能合约：在智能合约的执行中利用了密码学原理，智能合约根据预定义条件自主执行操作，从而提高区块链交易的效率和可靠性。
- 身份和访问管理：区块链利用加密方法安全地管理数字身份，为数据隐私和受控访问提供了强大的解决方案。
量子计算概观
量子计算是计算机技术取得的巨大进步，与常规计算有着根本的不同。常规计算机利用位（0 和 1）来处理信息，而量子计算机则使用量子位。由于叠加和纠缠定律是量子力学的基本思想，这些量子位可以同时存在于多种状态。量子计算机因而能够以惊人的速度处理大量数据，远远超过了当今最强大的超级计算机的处理能力。
量子计算为众多行业带来了巨大的潜在影响，特别是大大影响了需要解决复杂问题能力和数据处理能力的领域。然而，其最大的颠覆性潜力在于其挑战了现有加密方法的能力。密码学很大程度上依赖于数学问题，而这些问题现在很难或不可能使用常规计算来解决。量子计算具有强大的处理能力，将会瓦解现有的加密方法，给包括区块链技术在内的多个系统带来巨大的安全风险。
量子计算暴露的漏洞
来源：https://cybersecurityglossary.com/rivest-shamir-adleman-rsa/
RSA 加密漏洞
分解大素数面临的挑战是 RSA 加密（一种广泛使用的公钥密码系统）的基础。许多数字安全协议都依赖于这种加密方法。量子计算机破解 RSA 加密的速度比传统计算机快得多。专门为量子计算机创建的算法（例如 Shor 算法）可以快速解决素数分解问题，从而损害 RSA 加密提供的安全性。
ECC（椭圆曲线密码学）面临风险
分解大素数面临的挑战是 RSA 加密（一种广泛使用的公钥密码系统）的基础。许多数字安全协议都依赖于这种加密方法。量子计算机破解 RSA 加密的速度比传统计算机快得多。专门为量子计算机创建的算法（例如 Shor 算法）可以快速解决素数分解问题，从而损害 RSA 加密提供的安全性。
哈希算法和量子计算
加密哈希函数（例如 SHA-256）对于数据完整性和身份验证十分重要。它们广泛应用于包括区块链在内的各种加密应用中。虽然人们认为哈希函数更能抵抗量子攻击，但它们并不能完全免疫。碰撞攻击（例如 Grover 的技术）理论上可以加速识别哈希输入数据的过程，尽管这不如 RSA 或 ECC 的影响那么显着。
后量子密码学 (PQC) 简介
后量子密码学 (PQC) 是指被视为可以安全抵御量子计算机攻击的密码算法。随着量子计算取得进步，它对传统密码算法构成了巨大威胁，而传统密码算法在保护数字通信和数据方面必不可少。这种迫在眉睫的威胁加速了 PQC 的发展。PQC 是致力于创建这样一个密码系统，它即使面对更强的量子计算机功能也能保障系统的安全。
PQC 并不需要在密码学中使用量子技术（如量子密钥分发），而是开发经典（非量子）计算机仍然可以运行但量子计算机无法轻易破解的算法。PQC 十分重要，这源于其在保护敏感数据和通信免受未来量子攻击方面具有潜在的作用，这一点十分关键，能保障国家安全、金融和个人数据保护等多个行业的长期安全性。
PQC 的潜在作用
- 保护区块链技术：鉴于区块链需要依赖交易和智能合约的加密协议，PQC 对于其持续安全至关重要。
- 确保长期数据安全：PQC 提供了一种保护当前和未来数字通信免受潜在量子解密的途径。
- 适应性：其目标是开发可以集成到现有基础设施中且干扰最小的 PQC 算法。
NIST 的作用和 PQC 算法
美国国家标准与技术研究院 (NIST) 在 PQC 算法的开发和标准化方面扮演极其重要的角色。美国国家标准与技术研究院 (NIST) 很早就认识到了量子威胁，因此启动了一项程序来征求、评估和标准化一种或多种抗量子公钥密码算法。他们的目标不仅仅是开发能够抵御量子攻击的算法，还要确保它们是高效且易于执行的。
NIST 从收到的众多已提交材料中挑选了七种算法，并对它们进行进一步评估，重点关注各种加密方法。根据最新的更新，有四种类型的算法具有大好的前景：
基于格的密码学：这些算法基于格问题，需要在高维格中查找最短或最接近的向量。即使量子计算机也很难破解这种密码。其用例有容错学习 (LWE) 问题及其变体。
基于代码的密码学：这些算法源自纠错码，基于解码一般线性代码的难度。它们已经得到了几十年的研究，并以其具有抵抗量子攻击的能力而闻名。
多变元多项式密码学：这些算法需要解析多变元多项式系统这个已知的难题。它们因其效率高且按键尺寸小而颇具吸引力。
基于哈希的加密：这需要使用哈希函数创建数字签名。这些算法的安全性源于哈希函数抵抗碰撞、原像和第二原像攻击的能力。
与区块链安全的相关性
与现有区块链基础设施集成：所选的PQC算法需要与现有区块链系统兼容，要能仔细斟酌其集成和部署。
确保区块链网络的长期生可行性：随着区块链技术不断发展并获得广泛采用，集成 PQC 十分关键，能确保其有能力抵御量子威胁。
平衡性能和安全性：鉴于许多区块链网络具有资源限制，所选的 PQC 算法必须平衡计算效率与强大的安全性。
PQC 是一种保护加密系统免受量子计算威胁的积极方法。美国国家标准与技术研究院 (NIST) 参与了 PQC 算法标准化工作，这对于包括区块链在内的众多技术的未来安全至关重要。这些算法的采用十分关键，将确保后量子未来区块链网络的长期安全性和可行性。
在区块链中实施 PQC：策略和挑战
随着量子计算的到来，将 PQC 纳入区块链能确保网络的长期安全性，这一点至关重要。因为，区块链技术在各种应用（包括金融交易和身份管理）之中得到了越来越多的运用。区块链的信任模型基于其密码安全性。在通过保证交易和数据免受量子威胁来维护信心方面，PQC 极其重要。
实施 PQC 的主要挑战
- 算法选择和标准化：要选择正确的 PQC 算法，它既能安全抵御量子攻击，又能足够高效地支持区块链应用。
- 与现有系统集成：使用新的 PQC 算法更新现有的区块链系统而不中断其运行是一项重大的技术挑战。
- 性能注意事项：PQC 算法通常需要更多的计算资源。极其重要的是，要确保它们不会显着降低区块链系统的性能。
- 密钥管理和存储：向 PQC 的过渡可能会使密钥管理和存储实践发生变化，因为 PQC 算法通常具有不同的密钥大小和结构要求。
潜在的解决方案
- 分阶段实施：逐步引入PQC，从而能在全面部署之前对其进行测试和优化。
- 混合密码系统：将当前的密码方法与 PQC 算法相结合，这能在过渡期间平衡安全性和性能。
- 与密码学社区合作：与密码学专家开展密切合作，以了解最新的 PQC 发展和最佳实践。
区块链中 PQC 集成的分层方法
硬件层
为了满足 PQC 算法的计算需求，区块链网络中的节点可能需要硬件升级。这包括升级到更快的 CPU 和更大的内存容量。为了支持 PQC 算法，可能需要修改或更换专用加密硬件，例如硬件安全模块 (HSM)，以确保安全密钥的生成、存储和管理。
数据层
存储在区块链上的数据向 PQC 的过渡需要采用抗量子加密技术。这可能带来更大的加密有效负载，从而导致数据存储和处理程序发生变化。虽然哈希函数总体上更能抵抗量子，但要评估其针对量子攻击的安全性，这一点至关重要。任何必要的更新都将需要确保区块链的数据完整性不受到损害。
网络层
PQC 不仅必须保护交易数据，还必须保护节点之间的通信连接。这包括传输中的数据加密和网络请求身份验证，这将要求开发新协议或升级现有协议。
共识层
为了启用 PQC，可能需要修改区块链共识方法（例如工作量证明或权益证明）。可以改变区块验证和添加到区块链的方式，以确保共识过程在面对量子威胁时是防篡改的。
激励层
PQC 的使用可能会改变区块链网络参与的计算动态。为了使激励措施与新的安全协议保持一致，可能需要重新评估矿工或验证者的奖励结构。
合约层
智能合约通常是区块链操作的基础，必须在后量子世界中检查其加密安全性。要使用 PQC 算法，开发人员可能需要构建新合约或更改现有合约，以确保其执行的安全性，从而免受量子攻击。
应用层
要支持未来的加密标准，需要更新终端应用程序和界面（例如钱包和交易平台）。这包括确保 API 能够处理新的密钥格式和加密技术，并确保构建的用户界面能够轻松引导用户通过任何新的安全流程。
案例研究和实际应用
抗量子账本（QRL）
抗量子账本（QRL）将后量子密码学融入区块链技术，是一个著名的实时项目。QRL 是一种专门开发用于抵抗量子计算攻击的区块链技术。该项目使用了后量子计算方法，能实现绝对的安全，并通过了 red4sec 和 x41 D-sec 审计的验证，它因此而闻名。
QRL 项目的主要功能：
- 多平台支持：QRL 支持各种用户交互平台，包括适用于 Windows、Mac 和 Linux 的桌面应用程序、适用于 iOS 和 Android 的移动应用程序以及 Web 界面。
- 硬件钱包支持：该项目支持Ledger Nano S等硬件钱包，提高了数字资产的安全性。
- 链上消息支持和公证：QRL 提供链上消息支持和公证，为区块链添加了多个功能层。
- 密钥库 ID 集成：此功能提高了生态系统内的用户标识和安全性。
- 强大的 API：QRL 提供了广泛的 API，包括 QRL API、Explorer API、Wallet API 和命令行工具，让开发人员和集成者能高度进行自定义。
QRL 打算实施智能合约和权益证明共识方法，这两种方法目前都在开发中。开发者中心的创建预计将大大提高该项目的开发产出。这项研究展示了区块链技术扩展以包含抗量子特性的方法，从而在面对不断增强的量子计算机能力时能确保网络的安全性和寿命。QRL 项目将自己展示为一个面向未来、功能丰富的区块链解决方案，凸显了预测和应对区块链领域日益增长的技术挑战和可能性的重要性。
全球化计划与合作
量子安全安全工作组（QSWG）：该工作组由顶尖技术企业和研究机构组成，旨在制定量子安全密码学的标准并产出最佳实践。QSWG 做出全球性的努力，致力于解决与转向抗量子密码技术相关的困难。
欧洲量子旗舰计划：欧洲量子旗舰计划是学术、工业和政府团体组成的联盟，致力于发展量子技术，特别是量子安全密码解决方案。他们正在研究将各种技术（特别是区块链系统）集成到当前基础设施中的方法。
企业适应性和创新
IBM 的量子安全区块链：作为量子计算研究的先驱，IBM 正在为其区块链平台创建量子安全加密解决方案。他们重点研究开发能够抵御量子攻击的算法，同时保持其高效并与现有系统兼容。
谷歌的量子计算研究：谷歌正在积极探索量子计算及其对密码学的影响。为了防范未来的量子威胁，他们正在研究可能集成到区块链技术中的新加密协议。
技术进步和突破
抗量子算法开发：来自不同机构的研究人员正在研究复杂的抗量子算法，例如基于格的密码学，这些算法被视为可以有效抵御量子计算机攻击。他们正在评估这些算法是否可能引入到区块链网络。
特定行业案例研究
医疗保健区块链适应性：使用区块链安全地管理患者数据的医疗保健组织在开始测试 PQC 解决方案。这些组织特别关心保护敏感健康数据免受未来量子计算威胁。
政府服务和区块链安全：世界各地的各个政府机构正在测试公共服务的区块链项目，目标是纳入 PQC 以确保长期数据的安全性和完整性。
结语
随着量子计算的出现所预示的新技术时代的到来，将后量子密码学（PQC）纳入区块链技术成为一项重要工作。本文介绍了区块链的密码学基础、量子计算迫在眉睫的威胁，以及 PQC 在加强区块链应对这些未来问题方面的关键作用。
从对称和非对称密钥加密到哈希函数，这些对区块链中现在使用的许多加密方法的探索技术已经建立起了理解量子危险的框架。量子计算具有破坏标准加密协议的潜力，这强调了转向抗量子算法的重要性。对 PQC 的探索带来了一线希望，为后量子世界中的区块链技术安全提供了一条途径。
从全球举措到业务突破，这一系列现实世界的应用和案例研究展示了为跨部门采用 PQC 所做协作努力。这些例子不仅展示了学术原理的实际应用，还凸显了这一转变中面临的困难和学习曲线。向抗量子区块链的过渡正在受到从医疗保健到政府服务等行业的关注。
相关文章
如何质押 ETH？