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

行业及产业行业研究/行业深度证券研究报告通信2016年06月30日量子计算来了，区块链还安全吗？看好——量子技术应用专题系列报告之一相关研究中国电信（728：HK）-发展战略2016年1月18日2015下半年通信行业投资策略2015年7月24日证券分析师何俊锋[e-mail]顾海波[e-mail]联系人何俊锋(8621)23297818×[e-mail]本期投资提示：量子计算是对传统计算的革命，当前已经从实验室初步走向商业化应用。量子计算与传统计算的最大区别在于量子计算采用量子比特（qubit）作为最小的运算单元。传统计算机采用二进制比特，即“0”和“1”，而量子比特可同时存在两种可能的状态，这种新状态被称作“叠加态”。因此，对量子比特的操作可以让许多计算工作并行进行。目前计算机领域所谓的并行计算只是从效果上来看形成问题的并行解决，实际从CPU的运行来看，CPU依旧是一次只能处理一个计算。量子计算将会是真正意义上的并行计算，计算速度大大提升，对1000位的大数进行因数分解只需要几秒，而传统的计算机则需要1025年。目前量子计算已经从实验室初步走向商业化应用。量子计算已成为IBM、微软和谷歌等信息产业巨头竞相逐鹿的战场。由于量子位在普通环境下难以制备，并且多量子位之间的协调控制较难，因此目前的量子计算机量子位数较少，导致量子计算机只能处理特定的问题，通用性差。此外量子计算机的制造维护成本特别高。量子计算机的成熟和大规模应用还需要突破很多技术瓶颈。量子计算对现有通信安全系统形成挑战。非对称加密基于数学难题——大数的因子分解，非对称加密不能破解的理论依据是计算机不能在合理的时间内计算出密钥的值，使得破解成本高于被破解的信息所带来的价值。按现在的算法，破解1024位密钥的非对称加密可能需要超级计算机运算数十年至数千年，因而从当前的计算水平来看，非对称加密方式有较高的安全性，也是当前应用范围最广泛的加密方式。量子计算从理论上说可以实现任意大整数的快速分解，这导致非对称加密算法不能破解的理论依据不再成立，量子计算对现有通信安全系统构成巨大威胁。量子计算威胁区块链安全性。区块链技术采用非对称加密算法保障数据库的可信赖性，使用户在互联网无实名制的背景下防止诈骗。每一个区块的数据中，包含了所有交易的记录以及账户身份信息，交易信息在区块链中是公开的，但是账户身份信息是通过非对称加密算法加密的。区块链是去中心化的，所有节点都保存有相同的交易数据，对单个节点数据的篡改会导致该节点被其他节点排斥，这样的攻击是无法成功的。但是，如果通过密码破解看到某个人的用户信息（得到其私钥），从而可以以此人的名义进行操作，这种情况对数据的安全和个人的隐私造成了威胁。量子计算时代的通信安全解决方案：量子密码通信（技术成熟）和抗量子密码（尚在研发），看好量子密码通信行业发展前景。量子密码的安全性由量子力学的物理原理保障，采用量子态作为信息载体，经由量子信道在合法的用户之间传送密钥。当没有监听者时信息传输的误码率在正常范围内，一旦信息通道中存在监听情况，误码率将高于阈值。现有通信加密算法存在量子计算等潜在威胁，未雨绸缪，大国纷纷大力研发量子密码通信，目前技术已经成熟，国内外都有试点网络建成，量子密码通信的发展领先于量子计算。量子密码通信在军事、金融等行业信息安全领域有着重大的应用价值。看好量子密码通信行业发展前景。除了量子密码通信，另一种加强信息安全性的技术方案就是抗量子计算密码设计。量子计算可以轻易地求解大数的因数分解，但是它并不是万能的。量子计算对非线性方程组求解、背包问题等难题并不擅长，针对量子计算难以求解的问题设计密码，成为了抗量子计算密码的设计思路。抗量子密码目前尚处在研发阶段。请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第2页共14页简单金融成就梦想1.量子计算——革命性计算..................................................41.1量子计算是对传统计算的革命....................................................................41.2量子计算初步走向商业化应用....................................................................42.量子计算对现有加密算法形成挑战.....................................52.1量子计算强大的计算性能能对现有加密算法强力破解..........................52.2量子计算对区块链安全性产生威胁............................................................63.量子计算时代信息安全解决方案........................................73.1量子密码通信——技术成熟........................................................................73.2抗量子密码——尚在研发............................................................................8附录量子计算发展现状........................................................101.量子计算逐渐从理论走向实践...................................................................102.D-wave——第一家商用量子计算机厂商................................................103.IT巨头竞相布局量子计算.............................................................................12目录行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第3页共14页简单金融成就梦想图表目录图1：非对称加密过程.........................................................................................5图2：量子计算能实现对非对称加密的快速破解...................................................6图3：密码技术是区块链协议的支柱性技术..........................................................6图4：量子计算通过密码破解威胁区块链安全......................................................7图5：量子密码通信是原理上无条件安全的通信方式............................................8图6：抗量子计算TLS加密用于抵御量子计算机的攻击.......................................9图7：量子计算工程论文数量逐渐追上理论论文数量..........................................10图8：D-Wave量子计算机量子位数量快速提升................................................11图9：D-Wave提出的罗斯定律将打破摩尔定律极限.........................................11图10：D-Wave累计融资1.02亿美元（单位：万美元）.................................12图11：D-wave投资者包含高盛等知名金融机构..............................................12图12：D-wave客户包含Google等知名机构..................................................12表1：量子计算与传统计算存在质的区别.............................................................4表2：IT巨头竞相布局量子计算........................................................................12表3：通信行业重点公司估值表.........................................................................13行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第4页共14页简单金融成就梦想1.量子计算——革命性计算1.1量子计算是对传统计算的革命量子计算与传统计算的最大区别在于量子计算采用量子比特（qubit）作为最小的运算单元。传统计算机采用二进制比特，即“0”和“1”，而量子比特可同时存在两种可能的状态，这种新状态被称作“叠加态”。因此，对量子比特的操作可以让许多计算工作并行进行。表1：量子计算与传统计算存在质的区别项目量子计算传统计算计算单元量子比特二进制比特可计算量2^N2N计算方式并行计算串行计算计算结果概率结果确定结果资料来源：申万宏源研究根据量子计算的原理，量子计算具备三个特点：并行计算、速度快：目前计算机领域所谓的并行计算只是从效果上来看形成问题的并行解决，实际从CPU的运行来看，CPU依旧是一次只能处理一个计算。而量子计算将会是真正意义上的并行计算。对1000位的大数进行因数分解只需要几秒，而传统的计算机则需要1025年。微型化、集成化：随着信息产业的高度发展，所有的电子器件都在朝着小型化和高集成化方向发展，而作为传统计算机物质基础的半导体芯片一直是这场运动的领先者，但由于晶体管和芯片受材料的限制，体积的减小存在极限，最终不能达到原子水平。而每个量子元件尺寸都在原子尺度，由它们构成的量子计算机，将会微型化与集成化。能耗低：计算产生的能耗主要是由于计算过程中不可逆操作引起的，传统计算机模型的计算操作是不可逆的。而对于量子计算由于叠加态的存在，计算过程可逆，因此只会产生较低的能量损耗。1.2量子计算初步走向商业化应用量子计算的革命性引起了人们广泛的关注，也促使着量子计算技术从理论走向现实。随着第一台商用量子计算机的问世，量子计算从实验室走向了商业化应用。量子计算已成为IBM、微软和谷歌等信息产业巨头竞相逐鹿的战场。IBM推出一款5量子位的量子计算机平台，供用户进行算法或实验模拟；微软研究院借助量子计算，让半导体实现了衔接，使得半导体材料可以像超导一样运行；谷歌注重于量子计算机构架的研究，并提出了构建量子计算机的更简便方法，有可能大大提前新一代量子计算机问世的时间。然而我们也看行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第5页共14页简单金融成就梦想到，由于量子位在普通环境下难以制备，并且多量子位之间的协调控制较难，因此目前的量子计算机量子位数较少，导致量子计算机只能处理特定的问题，通用性差。此外量子计算机的制造维护成本特别高。量子计算机的成熟和大规模应用还需要突破很多技术瓶颈。2.量子计算对现有加密算法形成挑战2.1量子计算强大的计算性能能对现有加密算法强力破解非对称加密简单来说，它让我们在“加密”和“解密”的过程中分别使用两个密码，两个密码具有非对称的特点：