FHE 與量子威脅：為何同態加密為後量子時代而打造

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比特幣持有者長期以來一直在推測可能會癱瘓加密貨幣網絡、使其無法使用的黑天鵝事件。假設的情境範圍從核災到災難性的網際網路故障——這些都將以比僅影響鏈上交易的能力之外，更加具體地影響人類。

其中一個被廣泛討論的最大威脅是量子計算的出現。當足夠強大的量子機器到來時，末日預言者警告，密碼學可能一夜之間崩潰，這不僅會影響比特幣，還會影響大多數區塊鏈以及傳統銀行和網絡安全。

這種恐懼之所以能獲得關注，是因為量子威脅有實際的實現可能性。事實上，許多人認為這是不可避免的，只是時間問題。

我們是在談幾年還是幾十年？如果是後者，世界有充足的時間遷移到量子抗性系統。如果是前者，那麼我們就有麻煩了。這也是為什麼現在就應該採取措施，讓世界做好準備，並實施解決方案，以防止數字資產和運行它們的分散式帳本被破壞。

因此，研究人員越來越關注量子抗性密碼系統，確保它們在量子計算機存在的世界中仍然安全。全同態加密（FHE）正是其中之一，這也是它在Web3和傳統計算領域越來越受到關注的主要原因之一。

為了理解原因，我們需要拆解量子威脅，並比較FHE的底層數學與當今大多數區塊鏈所依賴的密碼學的不同之處。

量子計算問題

大多數人對量子計算的理解並不深入，這並不令人驚訝，因為它的複雜性。但他們理解這個威脅的重要性。正如你所知道的，傳統電腦以比特來處理資訊，存在於0或1兩種狀態中。量子電腦則使用量子比特（qubits），由於超疊加性質，它們可以同時處於多個狀態。

不深入物理細節，實際的意義是，某些問題在經典電腦上可能需要數千或數百萬年才能解決，但在量子機器上理論上可以更快解決。這很重要，因為許多廣泛使用的加密系統依賴於在一個方向上容易計算但反向極其困難的數學問題。

兩個最重要的例子是RSA加密，依賴於大素數分解的困難，以及橢圓曲線密碼（ECC），依賴於離散對數問題的困難。這兩者都容易受到一種名為Shor算法的量子算法攻擊，該算法能高效解決這些數學問題，特別是ECC，因為它構成了大多數加密錢包安全的基礎。

為什麼區塊鏈可能脆弱

在大多數區塊鏈網絡中，資金控制最終取決於私鑰的持有。當你發送交易時，網絡會通過檢查由橢圓曲線密碼學派生的數字簽名來驗證你是否擁有該私鑰。在經典計算假設下，從公鑰推導私鑰在計算上是不可行的。

但如果有足夠強大的量子硬體運行Shor算法，情況就會改變。理論上，量子攻擊者可以從公鑰推導出私鑰，從而偽造簽名並可能盜取錢包資金。

這並不一定意味著威脅即將到來。目前的量子電腦仍然過於微小且錯誤率高，無法大規模進行這些攻擊。但密碼學的運作時間跨度很長，今天存放在區塊鏈上的資產需要在未來數十年內保持安全——這又讓我們回到FHE。

為什麼FHE天生具有量子抗性

全同態加密的構建方式不同。大多數現代FHE實現依賴格基密碼學，這基於解決涉及高維幾何結構（稱為格）的問題的困難。

簡單來說，這涉及解決包含少量噪聲或隨機性的巨大方程系統。對於經典電腦來說，高效解決這些問題極其困難，而且——關鍵是——目前沒有已知的量子算法能顯著加快解決速度。

這使得格基系統成為後量子密碼學的主要候選之一，美國國家標準與技術研究院（NIST）已選擇多個格基算法作為未來的密碼標準。

由於大多數FHE方案建立在這些數學基礎之上，它們也繼承了對量子攻擊的抵抗力。換句話說，FHE最初並非為量子防禦而設計，但它所依賴的數學恰好符合後量子密碼學的發展方向。

這對區塊鏈意味著什麼

量子抗性對於區塊鏈系統尤為重要，因為它們被設計為長久持續的基礎設施。我們不知道一個比特幣在20年後的價值，但我們希望有信心它仍然有價值，值得長期持有，甚至傳給後代。

這也是為什麼現在就應該考慮量子計算的原因之一。值得注意的是，區塊鏈不可能一夜之間更換密碼系統。它們的安全假設已經嵌入到共識機制、錢包架構等所有層面。

如果一個廣泛使用的密碼原語變得脆弱，整個區塊鏈生態系統的遷移將會非常困難。這也是為什麼業界開始關注FHE。

由於FHE允許在加密數據上進行計算，並依賴量子抗性數學，它為實現隱私保護的區塊鏈系統提供了一條途徑，同時具有後量子安全性。這在涉及敏感金融數據的應用中特別重要。

FHE在私有DeFi中的角色

目前，FHE在區塊鏈中的一個最有前景的應用是加密的去中心化金融（DeFi）。公開區塊鏈本身具有透明性，這在驗證方面很有價值，但在金融市場中，策略和錢包餘額對所有人可見，卻也帶來問題。

全同態加密通過允許智能合約在加密餘額上操作來解決這個問題。例如，一個借貸協議可以在不揭示確切金額的情況下驗證借款人是否有足夠的抵押品，並且清算閾值可以保持隱藏，防止交易者針對脆弱位置。基於FHE構建的加密借貸模型展示了智能合約如何在保持敏感信息私密的同時執行金融規則。

在這個背景下，FHE同時提供了兩個好處：隱私和長期的密碼學韌性。

一個未來可行的密碼模型

量子計算的崛起迫使密碼學家重新思考現代安全的假設。似乎不可避免，圍繞經典密碼原語構建的技術最終可能需要被取代。這可能會緩慢發生，也可能因為突如其來的量子計算突破而一夜之間完成。

重要的是，當這一切發生時，我們已經做好準備，而不是到時才手忙腳亂——屆時可能已經太遲。我們不知道前量子時代會持續多久，但我們知道每個時代最終都會過去，當前的前量子時代一旦結束，由全同態加密保護的區塊鏈將得以幸免，其安全保障不受影響。

在當下，FHE在許多方面都很有用，包括實現鏈上隱私。但從長遠來看，它的主要價值可能在於作為一種防禦，確保區塊鏈能免受史上最強大計算機的攻擊。