量子时代的区块链

量子时代的区块链 ©2021云安全联盟版权所有2云安全联盟量子安全工作组地址：https://cloudsecurityalliance.org/working-groups/quantum-safe-security/云安全联盟大中华区区块链安全工作组地址：https://c-csa.cn/research/union-detail/i-22.html@2020云安全联盟-保留所有权利。本文档英文版本发布在云安全联盟官网（https://cloudsecurityalliance.org），中文版本发布在云安全联盟大中华区官网(http://www.c-csa.cn)。您可在满足如下要求的情况下在您本人计算机上下载、存储、展示、查看、打印此文档：（a）本文只可作个人信息获取，不可用作商业用途；(b)本文内容不得篡改;(c)不得对本文进行转发散布;(d)不得删除文中商标、版权声明或其他声明。在遵循美国版权法相关条款情况下合理使用本文内容，使用时请注明引用于云安全联盟。 ©2021云安全联盟版权所有3致谢本文档《量子时代的区块链》(BlockchainsintheQuantumEra)由CSA量子安全工作组专家编写，CSA大中华区区块链工作组专家翻译并审校。中文版翻译专家：组织者：刘洁贡献者：姚凯、余晓光、吴潇、杨喜龙、王贵宗、邓辉、于乐、张威、赵刚主要审核者：黄连金、刘洁贡献单位：华为、天融信、吉大正元、宇链科技英文版原创作者：主要作者：BrunoHuttner贡献者：JohnHooks、AaronKent、JohnYoung审核者：BoulevardAladetoyinbo、AndrewBrick、NadiaDiakun-Thibault、KenHuang（黄连金）、AshishMehta、UrmilaNagvekarCSA员工：HillaryBaron、AnnMarieUlskey(GraphicDesign)在此感谢以上专家。如译文有不妥当之处，敬请读者联系CSAGCR秘书处给与雅正!联系邮箱：info@c-csa.cn;云安全联盟CSA公众号： ©2021云安全联盟版权所有4序言首先祝贺《量子时代的区块链》(BlockchainsintheQuantumEra)的中文版本的发布，这本白皮书由CSA量子安全工作组专家编写，CSA大中华区区块链工作组专家翻译并审校。量子计算技术的飞速发展，使得采用量子计算机攻击区块链的现实威胁越来越近。量子计算机可以执行传统计算机无法执行的计算，威胁到区块链中使用的几种密码学原语。一些公司和世界各国政府已经建造了具有有限输入规模和有限计算量的小型量子计算机，有些量子计算机甚至可以通过互联网访问，并可用于测试量子算法。量子技术的发展对于区块链的安全有什么影响？这本文档总结了区块链的技术和可能受到量子计算破解的区块链密码学算法，分析了一些主流区块链网路的密码学算法和量子计算的关系，包括比特币、以太坊、超级账本框架(HLF)和Zcash，同时分析了抵抗量子破解的密码学算法和在区块链中的应用。文章深入浅出，值得大家参考。李雨航YaleLiCSA大中华区主席兼研究院院长 ©2021云安全联盟版权所有5目录致谢.............................................................................................................................................................3序言.............................................................................................................................................................41.简介........................................................................................................................................................62.区块链概述............................................................................................................................................62.1区块链是什么?...............................................................................................................................62.2它是如何开始的:比特币和加密货币...........................................................................................62.3新范式：智能合约........................................................................................................................72.4新兴区块链应用............................................................................................................................73.量子时代................................................................................................................................................84.区块链使用的主要密码学工具............................................................................................................94.1随机数生成....................................................................................................................................94.2哈希函数........................................................................................................................................94.3公钥签名......................................................................................................................................105.几种区块链技术的风险分析..............................................................................................................115.1比特币.........................................................................................................................................115.2以太坊..........................................................................................................................................125.3超级账本框架(HLF)...................................................................................................................135.4Zcash.............................................................................................................................................136.未来解决方案........................................................................................................................................146.1量子安全签名与加密..................................................................................................................116.2后量子区块链签名属性..............................................................................................................126.3标准化下的后量子签名..............................................................................................................136.4量子区块链..................................................................................................................................157.结论：从前量子到后量子区块链的转变............................................................................................18附录：名词表...........................................................................................................................................19 ©2021云安全联盟版权所有61.简介区块链等分布式账本技术（DLT）正作为跨越多个细分市场的众多应用程序的一部分进行部署。开发人员利用区块链去中心化、不可篡改、加密安全和透明的特点，发挥其在数据冗余、不可篡改和增强审计/合规方面的优势。区块链基础设施广泛使用数字签名算法、哈希算法和公钥加密技术。量子计算技术的飞速发展，使得量子计算机网络攻击的前景变得非常现实。例如，可见于最近CS