今天，一个疯狂的量子故事变得更加离奇。3月31日，谷歌量子人工智能团队发表了一项关于椭圆曲线密码学的Shor算法的里程碑式结果。从技术上讲，这篇论文犹如一颗重磅炸弹：与现有最先进技术相比，实现了惊人的10倍改进。作为对区块链领域的警示，这些优化已在 secp256k1（比特币和以太坊签名所用的椭圆曲线）上得到了演示。
但论文最具冲击力的部分或许是社会学层面而非技术层面。谷歌没有遵循标准学术流程，而是将这些优化保密，隐藏在一个零知识证明背后。谷歌随附的博客文章提到他们“与美国政府进行了接触”。该零知识证明在不泄露细节的情况下，证明了改进的存在。学术审查与零知识证明的结合，这恐怕是业界首次。
作为谷歌论文的合著者，我目睹了围绕这一审查的一些背景。坦率地说，这个背景的多个方面让我感到不安。尽管我坚信公众应该了解更多，但我揭露真相的能力有限。不过有一点请明确：谷歌团队的专业素养堪称典范，他们只应得到赞誉。
审查往往会适得其反。试图掩盖某事反而引发更多关注的“史翠珊效应”，正在今天上演。首先，谷歌的关键优化已被法国人重新发现。而在一个激动人心的转折中，一项名为“Shor-at-home”的合作挑战刚刚启动。该项目可在 ecdsa.fail 上访问，并在几小时内刷新了新的Shor世界纪录。
我们先从重新发现说起。就在谷歌论文发表两个月后，法国量子专家André Schrottenloher破解了主要的秘密优化。他的论文《椭圆曲线离散对数的优化点加法电路》今天登上了arXiv。热烈祝贺André，他击败了其他几位被“知识诱饵”吸引的专家。在同样于今天发表的一篇博客文章中，Shor优化领域的世界专家Craig Gidney透露，他因审查压力，已将该优化方法搁置了一整年。
有趣的是，André遗漏了一些次要优化，无论是谷歌原始论文中的还是此后发现的改进。看来Shor算法可能还有大量潜力可挖，而这正是 ecdsa.fail 挑战的目标。为零知识证明开发的验证程序兼具双重功能，可自动筛选有效提交。数十个小型与微型改进在持续叠加涌现。截至本文写作时，以逻辑量子比特数量与Toffoli门数量的乘积来衡量，谷歌的电路已实现8.4%的改进。相当不错！
“知识诱饵”的影响比任何人预期的都要深远。过去几周里，情况变得明朗，这种影响远远超出了André和其他量子专家。在幕后，一小群业余爱好者悄然开始了工作。受Karpathy风格的自动研究的启发，他们将人工智能应用于Shor算法。具有讽刺意味的是，零知识证明的验证程序为AI提供了理想的奖励函数。这种现代研究风格的门槛低得令人耳目一新，几位非专家，甚至一名青少年，都发现了不错的优化。如果你想加入一个由自动研究者组成的Telegram群组，请与我们联系。
第二部分：中性原子与qday
故事并未止于谷歌。在谷歌公开的同一天，一家名为Oatomic的隐秘初创公司协同发布了其Shor论文。这引起了轰动，最终成为 scirate.com（一个对arXiv论文进行排名的网站）上获赞最多的论文。
Oatomic的主张相当惊人。通过结合谷歌的逻辑优化，并针对中性原子应用定制的物理优化，他们声称只需1万个物理量子比特就能在 secp256k1 上运行Shor算法。这个数字低得令人难以置信。
当Oatomic的论文发表时，我对中性原子几乎一无所知，但被深深吸引，于是决定深入了解这项技术。我一下子掉进了兔子洞，在这个话题上花费了数百小时。我有些痴迷，观看了所有能找到的YouTube视频，并与许多专家进行了交流。我的结论是？这项技术是真实的，非常真实。就连谷歌最近也决定成立一个中性原子实验室，这是从他们此前专注于超导量子比特的显著转变。
如果你关心qday（即量子计算机首次破解实际生产中的密码学的那一天），那么中性原子值得你关注。我在ZKP密码学会议上的一个30分钟演讲中分享了我对Shor算法和中性原子的一些见解。你可以在YouTube上搜索“zkproof neutral atom”找到它。
关于这两篇突破性论文，有一个有趣的观察：谷歌和Oatomic都没有提及他们的结果对qday意味着什么。没有时间线，一句也没有。这尤其令人费解，因为白帽量子密码分析的全部意义就在于为qday的估计提供信息，并帮助公众做出正确决策。
因此，让我尝试部分填补这一沉默，类似于Scott Aaronson在4月29日的帖子中所做的那样。根据我所知的一切，包括一些令人不安的非公开信息，我现在认为qday在2032年前发生的概率为50%，2030年前为10%。有趣的是，美国政府有自己的日期：2035年。这一日期源自NSA，后来被NIST采纳，届时美国政府各部门将不得使用易受量子攻击的密码学。用直白的话说：事后看来，这个日期是个笑话，应该完全不予考虑。我看不出NIST如何避免被迫将这一日期提前数年。
第三部分：后量子密码学
今天敲响警钟有充分的理由，但请不要恐慌。匆忙转向不成熟的后量子密码学是灾难的根源。我认为，迁移的良好目标日期是2029年，大约三年半后。2029年恰好也是谷歌、Cloudflare和以太坊基金会选择的日期。
如今，我的大部分时间都用于在更广泛的“精简以太坊”工作中，安全地将以太坊迁移到后量子密码学。还有很多工作要做。我们需要在共识层移除并替换BLS签名，在数据层移除并替换KZG承诺，在执行层移除并替换ECDSA签名。
实现这一目标的计划是令人信服的，并且基于哈希密码学。在以太坊基金会内部，我们开发了一种名为 leanVM 的瑞士军刀，由基于哈希的SNARKs的魔力驱动。感谢Emile、Thomas等人真正卓越的工作，其性能风险已被消除。在安全性方面，leanVM 是一件珍宝，是一个为端到端形式化验证和最大安全性而精心打造的最小化zkVM。
想帮忙吗？有两个100万美元的计划。首先是Proximity Prize。解决编码理论中一个长期存在的数学猜想，改进基于哈希的SNARKs，然后带着百万美元回家。其次是Poseidon Initiative，提供100万美元用于攻破Poseidon，这种对SNARK友好的哈希函数。
原文链接： x.com/drakefjustin/status/2061793725299224676
在这个技术演进的关键节点，从Shor算法的优化竞赛，到中性原子的硬件突破，再到以太坊等主流区块链的迁移计划，一场围绕密码学未来的全球角力已然展开。对开发者而言，保持对前沿动态的关注，并开始着手了解后量子密码体系，已不再是一个遥远的话题。你可以在云栈社区找到更多关于密码学、区块链底层技术以及开发者前沿讨论的深度内容。
发表于 昨天 23:46
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