2020量子时代区块链技术白皮书
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区块链技术及应用方案(25页)ppt
2018价值互联时代区块链技术及应用前 言文明向前发展，有些成果的出现乃是必然。
互联网正在彻底改变我们的生活，移动互联网、大数据、云计算以及物联网接踵而至。
现在，区块链来了。
我们有幸亲历的这个新时代，是价值互联网时代。
而正在拉开这个时代大幕的，却是在诞生初期并不起眼，但目前越来越受到关注的区块链技术。
互联网时代的来临，使得信息传输的成本趋于零，这已经深刻地改变了社会的经济格局及每个人的生活。
当未来市场交易成本趋于零的时代到来时，整个世界经济格局及社会结构将发生怎样的变化目录 / CONTENTS01.区块链定义Block Chain Definition02.区块链特征Block Chain Characteristics 03.区块链价值Block Chains Values04.呱呱视界简介About GuaguashijiePART.01区块链定义分布式数据存储 点对点传输 共识机制 加密算法区块链定义 >>PART.02区块链特征去中心化 开放性 自治性 信息不可篡改 匿名性匿名性信息不可篡改自治性开放性去中心化05匿名性由于节点之间的交换遵循固定的算法，其数据交互是无需信任的（区块链中的程序规则会自行判断活动是否有效），因此交易对手无须通过公开身份的方式让对方自己产生信任，对信用的累积非常有帮助。
04信息不可篡改一旦信息经过验证并添加至区块链，就会永久的存储起来，除非能够同时控制住系统中超过51%的节点，否则单个节点上对数据库的修改是无效的，因此区块链的数据稳定性和可靠性极高。
03自治性区块链采用基于协商一致的规范和协议（比如一套公开透明的算法）使得整个系统中的所有节点能够在去信任的环境自由安全的交换数据，使得对“人”的信任改成了对机器的信任，任何人为的干预不起作用。
01去中心化由于使用分布式核算和存储，不存在中心化的硬件或管理机构，任意节点的权利和义务都是均等的，系统中的数据块由整个系统中具有维护功能的节点来共同维护。
《云计算发展白皮书（2020年）》
《云计算发展⽩⽪书（2020年）》近⽇，中国信息通信研究院（以下简称“中国信通院”）在“2020可信云⼤会”上发布《云计算发展⽩⽪书（2020年）》，⽩⽪书指出：未来，云计算仍将迎来下⼀个黄⾦⼗年，进⼊普惠发展期。
⼀是随着新基建的推进，云计算将加快应⽤落地进程，在互联⽹、政务、⾦融、交通、物流、教育等不同领域实现快速发展。
⼆是全球数字经济背景下，云计算成为企业数字化转型的必然选择，企业上云进程将进⼀步加速。
三是新冠肺炎疫情的出现，加速了远程办公、在线教育等 SaaS 服务落地，推动云计算产业快速发展。
”分布式云成云计算新形态，助⼒⾏业转型升级01云计算从中⼼向边缘延伸1.边缘产业逐步兴起边缘计算的兴起，使得如何为边缘侧赋能成为业界关注的热点。
边缘的具体形态分为边缘云和边缘终端。
边缘云是云计算向⽹络边缘侧进⾏拓展⽽产⽣的新形态，是未来产业关注重点，是连接云和边缘终端的重要桥梁。
边缘终端位于边缘云与数据源头路径之间，靠近⽤户或数据源头的任意具备⼀定硬件配置的设备，包括边缘⽹关、边缘服务器、智能盒⼦等终端设备。
围绕边缘云与边缘终端，在 CDN、视频渲染、游戏、⼯业制造、⾃动驾驶、农业、智慧园区、交通管理、安防监控等应⽤场景下，相关产业已初现端倪，蓄势待发。
2.边缘侧需求催⽣分布式云新形态为了满⾜视频直播、AR/VR、⼯业互联⽹等场景下，更⼴连接、更低时延、更好控制等需求，云计算在向⼀种更加全局化的分布式组合模式进阶。
分布式云或分布式云计算，是云计算从单⼀数据中⼼部署向不同物理位置多数据中⼼部署、从中⼼化架构向分布式架构扩展的新模式。
分布式云是未来计算形态的发展趋势，是整个计算产业未来决胜的关键⽅向之⼀，对于物联⽹、5G 等技术的⼴泛应⽤起到重要⽀撑作⽤。
包括电信运营商、互联⽹云服务商等在内的各类型⼚家纷纷进⾏相关尝试，利⽤⾃⾝优势资源，将云计算服务逐步向⽹络边缘侧进⾏分布式部署。
分布式云架构图分布式云⼀般根据部署位置的不同、基础设施规模的⼤⼩、服务能⼒的强弱等要素，分为三个业务形态：中⼼云、区域云和边缘云。
信息安全新技术
信息安全新技术第一点：量子计算在信息安全中的应用量子计算是一种基于量子力学原理的新型计算方式，具有极高的并行计算能力和速度，能够在短时间内解决传统计算机难以解决的问题。
近年来，量子计算在信息安全领域中的应用逐渐引起了人们的关注。
量子计算在密码学领域中的应用，主要体现在量子密码学和量子算法的攻防两个方面。
量子密码学利用量子态的不确定性和量子纠缠等特性，实现了一种全新的加密方式，具有无法被破解的安全性。
而量子算法则可以利用量子计算机的强大计算能力，破解一些传统计算机无法破解的加密算法，对现有的信息安全体系构成了挑战。
量子计算在信息安全中的应用还体现在量子密钥分发（QKD）中。
QKD是一种基于量子力学原理的密钥分发技术，能够在通信过程中实时产生和分发密钥，从而实现安全的通信。
QKD技术已经得到了广泛的关注和研究，有望在未来的信息安全领域中发挥重要作用。
第二点：人工智能在信息安全中的应用人工智能（AI）是一种模拟人类智能行为的技术，近年来在各个领域都取得了显著的成果。
在信息安全领域，人工智能的应用也日益受到重视。
人工智能在信息安全中的应用主要体现在威胁检测与防御、漏洞挖掘与修补、安全防护策略的优化等方面。
通过利用人工智能的技术，可以实现对网络流量、用户行为、系统日志等大数据的实时分析和挖掘，从而发现并防御各种安全威胁。
人工智能在漏洞挖掘与修补方面也具有重要作用。
通过训练神经网络等模型，可以实现对软件代码的自动化分析，发现其中的漏洞和潜在风险。
此外，人工智能还可以实现对漏洞的自动修补，减轻安全工程师的工作负担。
在安全防护策略的优化方面，人工智能可以根据历史数据和实时信息，自动调整安全策略，实现对安全防护体系的最优化。
这种基于人工智能的安全防护策略能够适应不断变化的安全环境，提高安全防护效果。
总之，人工智能在信息安全领域中的应用具有广泛的前景和重要意义。
随着人工智能技术的不断发展，未来在信息安全领域的应用将会更加深入和广泛。
国家广播电视总局办公厅关于印发区块链技术应用系列白皮书的通知
国家广播电视总局办公厅关于印发区块链技术应用系
列白皮书的通知
文章属性
•【制定机关】国家广播电视总局
•【公布日期】2020.10.22
•【文号】广电办发〔2020〕277号
•【施行日期】2020.10.22
•【效力等级】部门规范性文件
•【时效性】现行有效
•【主题分类】广播影视
正文
国家广播电视总局办公厅关于印发区块链技术应用系列白皮
书的通知
广电办发〔2020〕277号各省、自治区、直辖市广播电视局，新疆生产建设兵团文化体育广电和旅游局，总局直属有关单位，中央广播电视总台办公厅、电影频道节目中心、中国教育电视台，各相关单位：
为积极推动区块链技术在广播电视和网络视听领域创新应用，广电总局组织编制了区块链技术应用系列白皮书之总体篇、内容审核篇、县级融媒体中心篇（见附件），现予印发，请结合实际，认真组织做好落地实施工作。
特此通知。
附件：1、广播电视和网络视听区块链技术应用白皮书（2020）——总体篇
2、广播电视和网络视听区块链技术应用白皮书（2020）——内容审核篇
3、广播电视和网络视听区块链技术应用白皮书（2020）——县级融媒体中心篇
国家广播电视总局办公厅
2020年10月22日。
2020量子时代区块链技术白皮书
1. 非对称密码算法在区块链中的应用
在区块链技术中，非对称密码算法被广泛用于确保保密性、真实性、完整性、 不可否认性和隐私性。具体可用于以下用途：
1) 参与方身份认证：在许可区块链中，节点首先经过身份认证加入区块链 网络中，基于身份进行节点及参与者权限管理及监管等，身份认证可基 于公私钥体系。以 Hyperledger Fabric 为例，其提供了一个成员身份服务
1. 非对称密码算法
非对称密码算法中存在一对公私密钥，私钥一般是个人持有，不能被其他人 获取；公钥一般可公开。非对称密码算法可用于数字签名、身份认证、数据加密 等场景。
利用量子计算机，Shor 量子算法能够在多项式时间解决整数分解问题[7]。 RSA 算法的安全性依赖于分解大整数的困难性，因此，量子计算机最终削弱了系 统的安全性。Shor 算法也使得量子计算机能够在多项式时间解决有限域和椭圆 曲线上的离散对数问题。该变体导致其他多种公钥密码算法不再安全，包括 ECDSA 和 Diffie-Hellman。
3.2. 对称密码算法在区块链中的应用
对称密码算法中只存在一个密钥，用于发送和接收双方对明文进行加解密。
4
量子时代的区块链技术白皮书（2020）
在区块链中可用于模糊数据及隐私保护，比如 Hyperledger Fabric 中，使用常见 的加密算法（如 AES）对链码中的部分或全部值进行加密，然后再将交易发送 给 排序服务并将区块添加到账本中，一旦加密数据被写入账本，就只能由拥有 用于 生成密码文本的相应密钥的用户解密。
2. 量子计算与密码学
1. 量子计算
量子计算是基于量子力学的全新计算模式，以微观粒子构成的量子比特为基 本单元，利用量子叠加和纠缠等物理特性，通过量子态的受控演化实现数据的表 示计算。相对于传统电子计算机使用比特作为基本单元，量子计算使用的量子比 特具有态叠加特性：量子信息单元的状态可以处于多种可能性的叠加状态，随着 量子比特数量增加，量子计算算力可呈指数级规模增长，具有经典信息处理无法 比拟的巨大信息携带和超强并行处理能力。目前已有量子算法利用量子力学效应 解决特定的密码学问题，其效率比经典计算机更高。
在区块链技术中，非对称密码算法被广泛用于确保保密性、真实性、完整性、 不可否认性和隐私性。具体可用于以下用途：
1) 参与方身份认证：在许可区块链中，节点首先经过身份认证加入区块链 网络中，基于身份进行节点及参与者权限管理及监管等，身份认证可基 于公私钥体系。以 Hyperledger Fabric 为例，其提供了一个成员身份服务
1. 非对称密码算法
非对称密码算法中存在一对公私密钥，私钥一般是个人持有，不能被其他人 获取；公钥一般可公开。非对称密码算法可用于数字签名、身份认证、数据加密 等场景。
利用量子计算机，Shor 量子算法能够在多项式时间解决整数分解问题[7]。 RSA 算法的安全性依赖于分解大整数的困难性，因此，量子计算机最终削弱了系 统的安全性。Shor 算法也使得量子计算机能够在多项式时间解决有限域和椭圆 曲线上的离散对数问题。该变体导致其他多种公钥密码算法不再安全，包括 ECDSA 和 Diffie-Hellman。
3.2. 对称密码算法在区块链中的应用
对称密码算法中只存在一个密钥，用于发送和接收双方对明文进行加解密。
4
量子时代的区块链技术白皮书（2020）
在区块链中可用于模糊数据及隐私保护，比如 Hyperledger Fabric 中，使用常见 的加密算法（如 AES）对链码中的部分或全部值进行加密，然后再将交易发送 给 排序服务并将区块添加到账本中，一旦加密数据被写入账本，就只能由拥有 用于 生成密码文本的相应密钥的用户解密。
2. 量子计算与密码学
1. 量子计算
量子计算是基于量子力学的全新计算模式，以微观粒子构成的量子比特为基 本单元，利用量子叠加和纠缠等物理特性，通过量子态的受控演化实现数据的表 示计算。相对于传统电子计算机使用比特作为基本单元，量子计算使用的量子比 特具有态叠加特性：量子信息单元的状态可以处于多种可能性的叠加状态，随着 量子比特数量增加，量子计算算力可呈指数级规模增长，具有经典信息处理无法 比拟的巨大信息携带和超强并行处理能力。目前已有量子算法利用量子力学效应 解决特定的密码学问题，其效率比经典计算机更高。
2023-区块链白皮书2020年-1
区块链白皮书2020年区块链是一种新兴技术，被广泛应用于数字货币，智能合约和认证等领域。
为了推动区块链的发展和应用，区块链白皮书2020年应运而生。
该白皮书从多个角度探讨了区块链技术的进展和应用。
第一步，白皮书介绍了区块链技术的基本原理和优势。
区块链是一种去中心化的数字数据库，可以将交易记录以块的形式保存，形成不可篡改的链式结构。
区块链技术具有高度安全性和透明度，使得区块链可以应用于金融和医疗等领域，提高效率和降低成本。
第二步，白皮书探讨了区块链技术在数字货币和资产管理中的应用。
数字货币已经成为区块链技术最成功的应用之一。
由于区块链技术具有高度的安全性和可追溯性，数字货币可以有效避免传统货币交易中的一些问题。
此外，区块链技术也可以用于资产管理，它可以提供更安全的交易和记录方式，减少欺诈和误差。
第三步，白皮书探讨了区块链技术在智能合约和供应链管理中的应用。
智能合约可以帮助各方协商和执行合同，从而减少人为介入和误操作。
供应链管理也可以通过区块链技术实现更高效和安全的交易和记录方式。
例如，通过区块链技术，可以记录货物的来源，质量，运输和交付等信息，有效避免诸如假货和盗窃等问题。
第四步，白皮书探讨了区块链技术的发展趋势和前景。
虽然区块链技术已经取得了一定的进展，但是仍然存在一些挑战，如扩容问题，监管合规问题等。
然而，随着技术的不断发展和应用场景的不断增加，区块链技术的未来发展前景仍然十分广阔。
综上所述，区块链白皮书2020年是一份十分重要的技术文章，探讨了区块链技术的发展和应用。
该白皮书对于推动区块链技术的发展和应用有着重要的作用。
我们相信，通过不断的探索和创新，区块链技术的应用范围和影响力将会逐步扩大。
智慧LT《量子安全通信技术应用白皮书》
一、量子安全通信发展机遇1.1技术发展概述在量子通信技术发展方面，19世纪末到20世纪上半叶，伟大的科学家们积极探索，对量子概念的提出和发展做出了巨大贡献。
1900年，普朗克提出黑体辐射量子假说，首次引入能量子的概念；1905年，爱因斯坦提出光量子假说，运用能量子概念使量子理论得到进一步发展；1913年，玻尔提出的原子理论为量子理论体系奠定了基础；1923年，法国物理学家德布罗意提出微观粒子具有波粒二象性的假说；1926年，薛定谔率先找到了描述粒子运动状态的波函数方程，也就是著名的薛定谔方程；1927年，海森伯得出的测不准关系，以及玻尔提出的并协原理，对量子力学给出了进一步的阐释；1925年到1928年，物理学界形成了完整的量子力学理论，与爱因斯坦的相对论并肩形成现代物理学的两大理论支柱。
量子力学理论的形成是物理学发展中的一场革命，它揭示了微观世界的特殊运动规律，有力地冲击了经典物理理论，使人的认识开始从宏观世界深入到微观世界。
1984年，两名贝尔实验室研究人员提出了国际上第一个量子密钥分发协议BB84协议，正是这个协议的诞生，保密通信进入了量子时代。
在密码安全技术发展方面，1917年，G.Vernam提出一次性密码（One Time Password，OTP）的思想，即对于明文采用一串与其等长的随机数密钥进行加密，接收方使用相同的随机数密钥进行解密，随机数密钥真正随机且只使用一次，OTP加密技术已经被证明是安全的。
但在经典通信领域，其所需的密钥很难在不安全的信道上实现无条件安全分发，采用不安全的密钥来实施“一次一密”加密仍然是不安全的。
后来，出现了公钥密码体制，接收方有一个公钥和一个私钥，接收方将公钥公开出去，发送方用公钥加密信息后发给接收方，接收方用私钥解密信息。
公钥密码体制的优点是不需要经过安全的信道对外传递密钥，但它的安全性是基于难于求解的数学难题，例如大数分解问题，相关资料表明，量子计算机的并行计算能力可以攻破RSA/DSA/ECDSA等密码，现有公钥体系将面临巨大挑战。
区块链技术原理知识详解ppt课件
3.区块链网络
交易过程
第3步：每个节点通过解一道数学难题，从而去获得创建新区块权利，并争 取得到比特币的奖励（新比特币会在此过程中产生） 要点：节点反复尝试寻找一个数值，使得将该数值、区块链中最后一个区块 的Hash值以及交易单三部分送入SHA256算法后能计算出散列值X（256位）满 足一定条件（比如前20位均为0），即找到数学难题的解。由此可见，答案 并不唯一
不可篡改，可追溯 单个甚至多个节点对数据库的修改无法影响其他节点的数据库，除非能控制 整个网络中超过51%的节点同时修改，这几乎不可能发生。区块链中的每一 笔交易都通过密码学方法与相邻两个区块串联，因此可以追溯到任何一笔交 易的前世今生。
资金是运 动的价 值，资 金的价 值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
4.数据结构
区块链
区块链以区块为单位组织数据。全网所有的交易记录都以交易单的形式存储 在全网唯一的区块链中。
资金是运 动的价 值，资 金的价 值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
4.数据结构
区块
区块是一种记录交易的数据结构。每个区块由区块头和区块主体组成，区块 主体只负责记录前一段时间内的所有交易信息，区块链的大部分功能都由区 块头实现。
3.区块链网络
科普
数字签名 数字签名涉及到一个哈希函数、发送者的公钥、发送者的私钥。数字签名有 两个作用，一是能确定消息确实是由发送方签名并发出来的。二是数字签名 能确定消息的完整性。
工作原理 发送报文时，发送方用一个哈希函数从报文文本中生成报文摘要，然后用自 己的私钥对摘要进行加密，加密后的摘要将作为报文的数字签名和报文一起 发送给接收方，接收方首先用与发送方一样的哈希函数从接收到的原始报文 中计算出报文摘要，接着再用发送方的公钥来对报文附加的数字签名进行解 密，如果这两个摘要相同、那么接收方就能确认该数字签名是发送方的。
区块链简介ppt课件
发展历程
起源于比特币，随后衍生出以太坊、 超级账本等多样化区块链平台和应 用。
核心技术组件与工作原理
核心技术组件
包括分布式网络、密码学、共识机制、 智能合约等。
工作原理
通过密码学保证交易安全，共识机制确 保全网数据一致性，智能合约实现自动 化执行。
分布式账本技术特点
01
02
03
去中心化
不依赖中心机构或信任第 三方，降低单点故障风险。
区块链在非金融领域
04
应用
物联网安全与信任机制建立
区块链技术为物联网 设备提供安全认证机 制，确保设备间通信 的可信性。
利用智能合约实现自 动化、可编程的安全 策略，降低人为干预 风险。
通过区块链分布式账 本记录设备间的交互 数据，防止数据篡改 和伪造。
版权保护与知识产权管理
区块链技术为数字作品提供时间戳和唯一标识符， 确保版权归属清晰可溯。
效率。
05
挑战、风险及监管政
策探讨
技术挑战与解决方案
区块链技术挑战 区块链的可扩展性问题 区块链的隐私保护问题
技术挑战与解决方案
分层架构设计
解决方案
区块链的共识机制问题
01
03 02
技术挑战与解决方案
隐私保护技术
共识机制优化
安全风险及防范措施
安全风险 51%攻击
双花攻击
安全风险及防范措施
数据不可篡改
采用密码学技术保证数据 不被篡改，增强数据可信 度。
透明可追溯
所有交易记录公开透明， 可追溯数据来源和流转过 程。
智能合约与DApp应用
智能合约
一种自动执行、可验证的计算机程序，用于实现区块链上的自动化交易和业务 流程。
起源于比特币，随后衍生出以太坊、 超级账本等多样化区块链平台和应 用。
核心技术组件与工作原理
核心技术组件
包括分布式网络、密码学、共识机制、 智能合约等。
工作原理
通过密码学保证交易安全，共识机制确 保全网数据一致性，智能合约实现自动 化执行。
分布式账本技术特点
01
02
03
去中心化
不依赖中心机构或信任第 三方，降低单点故障风险。
区块链在非金融领域
04
应用
物联网安全与信任机制建立
区块链技术为物联网 设备提供安全认证机 制，确保设备间通信 的可信性。
利用智能合约实现自 动化、可编程的安全 策略，降低人为干预 风险。
通过区块链分布式账 本记录设备间的交互 数据，防止数据篡改 和伪造。
版权保护与知识产权管理
区块链技术为数字作品提供时间戳和唯一标识符， 确保版权归属清晰可溯。
效率。
05
挑战、风险及监管政
策探讨
技术挑战与解决方案
区块链技术挑战 区块链的可扩展性问题 区块链的隐私保护问题
技术挑战与解决方案
分层架构设计
解决方案
区块链的共识机制问题
01
03 02
技术挑战与解决方案
隐私保护技术
共识机制优化
安全风险及防范措施
安全风险 51%攻击
双花攻击
安全风险及防范措施
数据不可篡改
采用密码学技术保证数据 不被篡改，增强数据可信 度。
透明可追溯
所有交易记录公开透明， 可追溯数据来源和流转过 程。
智能合约与DApp应用
智能合约
一种自动执行、可验证的计算机程序，用于实现区块链上的自动化交易和业务 流程。
数字孪生城市白皮书(2020年)正式版
数字孪生城市白皮书（2020年）中国信息通信研究院2020年12月致谢数字孪生城市将新型智慧城市建设推向了一个新的高度，三年来中国信息通信研究院一直在牵头，联合产业界开展研究，从概念向方案不断推进，目前已是第三次发布数字孪生城市白皮书，持续引领行业发展。
值得欣慰的是，每年白皮书的发布，对社会各界了解、认识数字孪生城市发挥了重要作用，对各地规划建设数字孪生城市起到强有力的指导作用，为部分创新性企业提供了一条参与智慧城市市场竞争的新赛道。
随着热度不断提升，参与研究的各类主体逐年增多，本次白皮书依然凝聚了产学研各领域专家的智慧和贡献，在此致以衷心的感谢。
由于数字孪生城市理论的创新性和技术的复杂性，目前研究的深度还远远不够，请各界多提宝贵意见和建议。
牵头单位：中国信息通信研究院支持单位：泰瑞数创科技(北京)有限公司、北京五一视界数字孪生科技股份有限公司、北京优锘科技有限公司、北京超图软件股份有限公司、上海孪数科技有限公司、北京大学时空大数据协同创新中心、北京航空航天大学、中关村智慧城市产业技术创新战略联盟、广联达科技股份有限公司、中国电信集团有限公司、成都四方伟业软件股份有限公司、中国通信建设集团有限公司、中国雄安集团数字城市科技有限公司、软通智慧科技有限公司、科大讯飞股份有限公司、北京世纪高通科技有限公司、苍穹数码技术股份有限公司、汉威科技集团股份有限公司等编写指导：余晓晖、胡坚波、王爱华、史德年、徐志发、刘高峰编写小组（排名不分先后）：高艳丽、陈才、张育雄、孟楠、王潇、闫嘉豪、张竞涛、李翀、郑子辉、刘俊伟、黄栋、赵彦利、王金兰、刘晓伦、张帆、徐静进、张宇、陈傲寒、沈祎岗、刘钰胜、吴娜、纪德勇、陈显、程承旗、李林、刘广、张宁、马俊杰、龙浩、李超、石会昌、邢洁、王军、范旭丽、韩鹏、蔡高远、胡杰、曾祥宇、熊颖、赵龙军、崔丹丹、尹洪涛、柏翔、赵文学、刘啸、王云、邱凤翠、杨超、马晓彬、李春蕾、常磊等前言今年以来，“数字孪生”不再只是一种技术，而是一种发展新模式、一个转型的新路径、一股推动各行业深刻变革的新动力。
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2. 量子计算与密码学
1. 量子计算
量子计算是基于量子力学的全新计算模式，以微观粒子构成的量子比特为基 本单元，利用量子叠加和纠缠等物理特性，通过量子态的受控演化实现数据的表 示计算。相对于传统电子计算机使用比特作为基本单元，量子计算使用的量子比 特具有态叠加特性：量子信息单元的状态可以处于多种可能性的叠加状态，随着 量子比特数量增加，量子计算算力可呈指数级规模增长，具有经典信息处理无法 比拟的巨大信息携带和超强并行处理能力。目前已有量子算法利用量子力学效应 解决特定的密码学问题，其效率比经典计算机更高。
量子计算依赖于量子的物理特性，由于量子容易受到物理环境影响（如温度、 磁场、压力等），导致量子计算自身容易出错。因此，量子算法的电路需要额外 的量子比特进行纠错，在工程实践中实现特定功能的量子计算机比理论上更加复 杂。研究机构预测，未来 10 年有可能建造一台能够破解当前强度密码算法的量 子计算机[5]。
考虑到量子计算的发展趋势，有必要提前为信息安全系统做好准备，使其能
1
量子时代的区块链技术白皮书（2020）
够应对这种未来必然面对的威胁[6]。例如，区块链中的存储数据可能需要多年的 保护，具有较长的生命周期，因此需要足够的安全手段，以确保在数据的生命周 期内对预期的安全威胁进行防范。
量子时代的 区块链技术白皮书
（2020 年）
目录
1. 引言..............................................................................................................1 2. 量子计算与密码学......................................................................................1
2.2.1. 非对称密码算法.........................................................................2 2.2.2. 对称密码算法.............................................................................2 2.2.3. 哈希算法.....................................................................................3 2.2.4. 量子随机数.................................................................................3 3. 区块链与密码学..........................................................................................3 3.1. 非对称密码算法在区块链中的应用................................................3 3.2.............................4 3.3. 哈希算法在区块链中的应用............................................................5 3.4. 随机数产生算法在区块链中的应用................................................6 4. 量子计算对区块链的影响..........................................................................6 4.1. 量子计算对非许可区块链的影响....................................................7 4.2. 量子计算对许可区块链的影响........................................................8 4.3. 小结....................................................................................................9 5. 总结与工作展望........................................................................................10 缩略语列表.......................................................................................................... 12
2.1. 量子计算............................................................................................1 2.2. 量子计算对密码学的影响................................................................2
量子时代的区块链技术白皮书（2020）
1. 引言
量子计算利用量子态叠加特性，通过量子态的受控演化实现数据的存储计算， 具有巨大的信息携带和超强的并行处理能力，近年来量子计算机的发展呈现加速 趋势，对传统密码学领域将产生颠覆性影响。区块链作为新型信息处理技术，在 信任建立、价值表示和传递方面有不可取代的优势，这些优势建立在以密码学作 为核心技术的基础之上，区块链将受到量子计算的较大影响[3-4]。本白皮书聚焦 量子计算对区块链技术的影响，提出相应的措施和建议，为即将到来的量子时代 构建安全的区块链提供技术建议。
1. 量子计算
量子计算是基于量子力学的全新计算模式，以微观粒子构成的量子比特为基 本单元，利用量子叠加和纠缠等物理特性，通过量子态的受控演化实现数据的表 示计算。相对于传统电子计算机使用比特作为基本单元，量子计算使用的量子比 特具有态叠加特性：量子信息单元的状态可以处于多种可能性的叠加状态，随着 量子比特数量增加，量子计算算力可呈指数级规模增长，具有经典信息处理无法 比拟的巨大信息携带和超强并行处理能力。目前已有量子算法利用量子力学效应 解决特定的密码学问题，其效率比经典计算机更高。
量子计算依赖于量子的物理特性，由于量子容易受到物理环境影响（如温度、 磁场、压力等），导致量子计算自身容易出错。因此，量子算法的电路需要额外 的量子比特进行纠错，在工程实践中实现特定功能的量子计算机比理论上更加复 杂。研究机构预测，未来 10 年有可能建造一台能够破解当前强度密码算法的量 子计算机[5]。
考虑到量子计算的发展趋势，有必要提前为信息安全系统做好准备，使其能
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量子时代的区块链技术白皮书（2020）
够应对这种未来必然面对的威胁[6]。例如，区块链中的存储数据可能需要多年的 保护，具有较长的生命周期，因此需要足够的安全手段，以确保在数据的生命周 期内对预期的安全威胁进行防范。
量子时代的 区块链技术白皮书
（2020 年）
目录
1. 引言..............................................................................................................1 2. 量子计算与密码学......................................................................................1
2.2.1. 非对称密码算法.........................................................................2 2.2.2. 对称密码算法.............................................................................2 2.2.3. 哈希算法.....................................................................................3 2.2.4. 量子随机数.................................................................................3 3. 区块链与密码学..........................................................................................3 3.1. 非对称密码算法在区块链中的应用................................................3 3.2.............................4 3.3. 哈希算法在区块链中的应用............................................................5 3.4. 随机数产生算法在区块链中的应用................................................6 4. 量子计算对区块链的影响..........................................................................6 4.1. 量子计算对非许可区块链的影响....................................................7 4.2. 量子计算对许可区块链的影响........................................................8 4.3. 小结....................................................................................................9 5. 总结与工作展望........................................................................................10 缩略语列表.......................................................................................................... 12
2.1. 量子计算............................................................................................1 2.2. 量子计算对密码学的影响................................................................2
量子时代的区块链技术白皮书（2020）
1. 引言
量子计算利用量子态叠加特性，通过量子态的受控演化实现数据的存储计算， 具有巨大的信息携带和超强的并行处理能力，近年来量子计算机的发展呈现加速 趋势，对传统密码学领域将产生颠覆性影响。区块链作为新型信息处理技术，在 信任建立、价值表示和传递方面有不可取代的优势，这些优势建立在以密码学作 为核心技术的基础之上，区块链将受到量子计算的较大影响[3-4]。本白皮书聚焦 量子计算对区块链技术的影响，提出相应的措施和建议，为即将到来的量子时代 构建安全的区块链提供技术建议。