區塊鏈:量子計算的發展對區塊鏈有什么影響？-ODAILY

量子計算不會消滅區塊鏈。

10月23日，谷歌已經成功實現“量子霸權”的論文終于以封面文章的形式在《Nature》雜志150周年版上重磅發表。

Google量子AI團隊同時宣布，他們創造出一塊計算能力超強的量子計算芯片Sycamore。這款芯片200秒內完成的目標計算量，以目前最快的超級計算機還需要一萬年。

消息發布后，這項偉大的技術在科技界引起了轟動，而在整個區塊鏈業界，它卻引起了恐慌，一時間不了解細節和量子計算的人開始散步區塊鏈即將被量子計算所攻破的傳言。華為任正非更是發出了“很多人將區塊鏈說的多么偉大，但在量子計算面前就一錢不值了”的見解。

消息發布后，一小時內，比特幣價格就從8000美元下降至7500美元附近，跌幅高達500美元。

Dora Factory從超導量子計算機中提取7萬多bit的量子隨機數，并已開源代碼庫:5月23日消息， 去中心化治理基礎設施Dora Factory架構師Eric Zhang發推稱，其量子實驗團隊已成功從超導量子計算機中提取出70,000 + bit與設備無關的量子隨機數，并對外分享開源代碼庫（電路），同時計劃在即將舉行的unitaryHACK黑客松上發布賞金計劃。[2023/5/23 15:20:32]

那么，量子計算究竟會如何對區塊鏈造成威脅？又會造成多大的威脅？區塊鏈有沒有對策抵御呢？

何謂量子計算？

首先，先讓大家來了解一下量子計算是什么？為何能在科技界引起如此大的轟動？

量子計算是一種遵循量子力學規律調控量子信息單元進行計算的新型計算模式。對照于傳統的通用計算機，其理論模型是通用圖靈機；通用的量子計算機，其理論模型是用量子力學規律重新詮釋的通用圖靈機。從可計算的問題來看，量子計算機只能解決傳統計算機所能解決的問題，但是從計算的效率上，由于量子力學疊加性的存在，目前某些已知的量子算法在處理問題時速度要快于傳統的通用計算機。

專家：量子計算機要破解基于RSA的密碼還需要多年時間:3月31日消息，凝聚態理論物理學家和量子信息專家Sankar Das Sarma在《麻省理工技術評論》上指出，量子計算機要破解基于RSA的密碼，還有很長的路要走。

RSA-密碼學利用算法、代碼和密鑰來安全地加密私人數據，而不受第三方或黑客等惡意行為者的干擾。此加密方法的一個例子是創建一個新的錢包，生成一個公共地址和私鑰。

Sarma強調，破解密碼學目前已經遠遠超出了現有計算能力的掌握范圍。Sarma提到了“量子位（qubits）”，它是像電子或光子這樣的量子物體，可以增強量子計算機的能力：“當今最先進的量子計算機有幾十個解碼器（或“noisy”）物理量子位。要建造一臺量子計算機，從這些組件中破解RSA密碼，將需要數百萬甚至數十億的量子位。”

盡管Sarma對于這是否會在未來威脅密碼學持懷疑態度，但他確實指出，真正的量子計算機將“具有今天無法想象的應用”。（Cointelegraph）[2022/3/31 14:28:59]

上面這一段俗稱“每個字都能看懂，但連起來讀就不知道啥意思”的表述來自百度百科，下面我們將用日本動漫《火影忍者》里佐助和鳴人來舉例，讓大家更加形象地理解量子計算的威力。

我國首個量子計算機操作系統在合肥發布:今日，首款國產量子計算機操作系統——“本源司南”在合肥市正式發布。該系統由合肥本源量子計算科技有限責任公司自主研發，實現了量子資源系統化管理、量子計算任務并行化執行、量子芯片自動化校準等全新功能，助力量子計算機高效穩定運行，標志著國產量子軟件研發能力已達國際先進水平。(安徽日報)[2021/2/8 19:14:47]

如果把佐助比作經典計算機的話，那鳴人就是量子計算機。

要找一個東西，佐助只能自己一個一個地方跑去找，也許要找一年。但是鳴人可以分出5個影分身，然后5個影分身再分出5個影分身，分身的分身再分身，所有分身都同時去不同的地方，瞬間找到東西，然后分身收回，只剩一個鳴人，取回東西，完成。

對一個53量子比特20個cylcle的電路采樣一百萬次，量子計算機需要200秒，而目前人類最強大的經典的超級計算機同樣情況下則需要10000年。

量子物理學家：加密貨幣持有者應密切關注量子計算最新動態:量子物理學家正在闡述量子計算機對密碼學和加密貨幣的現實影響。在YouTube視頻中，量子物理學家Anastasia Marchenkova分享了有關利用量子計算機打破加密技術的競賽的方式。Marchenkova表示，量子算法可以破壞RSA和橢圓曲線加密，這是一個問題，因為如今我們的許多數據都使用這兩種算法進行了加密。量子計算機并非在所有方面都更快。在某些問題上，它們的速度更快，而且碰巧這種RSA和橢圓曲線加密屬于這種保護。Marchenkova同時認為加密貨幣持有人不必立即找到將其比特幣轉移至量子安全錢包的方法。但是她確實相信任何持有加密貨幣的人都應該關注并密切關注最新動態，因為區塊鏈有一天將需要升級，以防止量子計算的興起。（dailyhodl）[2020/8/24]

攻破區塊鏈也只是一種理論假說

要理解量子計算對于區塊鏈的威脅，首先得從比特幣系統中的安全協議說起，比特幣的協議涉及兩種類型的密碼學，即挖掘過程中使用的散列函數和用于在區塊鏈上提供數字簽名的非對稱密碼術。

這樣的非對稱密碼算法使用稱為橢圓曲線數字簽名算法來生成密鑰，給定一個私鑰，很容易推導出相應的公鑰，但是，反過來計算困難。這就是現在比特幣安全的原因。

而量子計算機可能會對這兩道安全防線產生巨大威脅，目前研究者聲稱能夠找到橢圓曲線數字簽名算法的高效量子計算方法，實現破解；但并沒有找到哈希函數SHA-256的高效量子計算方法。當然，破解橢圓曲線數字簽名算法的前提是量子計算真的發展到足夠強大。按照研究人員的推測，需要大概4000個量子位的量子計算機，這樣的一個量子計算機可以在30分鐘內攻破比特幣的私鑰，也就是通過公鑰能夠反推出私鑰。

而這樣的量子計算機大概什么時候可能問世呢？研究人員的初步估計的時間在2027年，也就是8年后。

目前谷歌最新的量子芯片只有54個量子比特。

所以說，目前量子計算還處在實驗階段，量子計算機更是遙遠，所謂的攻破區塊鏈也只是一種理論假說。

而且，目前google量子計算機的運算成本非常之高，高的你我無法想象，而且，未來的定位也主要是投入運用在科研運算上，若說，未來可能商用及大面積普及，那也還是比較遙遠的事情。

如此高成本的情況下，現階段及未來，在未被大面積商用之前，誰會不計成本的去攻擊區塊鏈網絡，做一件得不償失的事情呢。

就如明知道保險箱里有100塊錢，可誰會愿意花100000塊錢配把鑰匙，去偷那100塊錢呢。

區塊鏈如何防范量子計算

看到這里也會有一些悲觀主義者擔心，如果8年后4000個量子位的量子計算機真的出現了該怎么辦？難道乖乖等著被攻克嗎？

作為國內最早的區塊鏈技術研究者之一，中科院自動化所副研究員袁勇曾強調要用發展的眼光來看待區塊鏈和量子計算。袁勇曾發表觀點：

區塊鏈技術體系中的共識算法自PoW之后，呈現出百花齊放的發展態勢，目前至少已有30余種共識算法。很多其他加密貨幣的共識算法都不是以算力挖礦為基礎，例如權益記賬、代表記賬、隨機記賬等。此外，還有Paxos和Raft傳統分布式一致性算法可以運用，這些共識協議在很大程度上可以抵御量子計算攻擊。所以，如果量子計算確實產生威脅，區塊鏈可以通過切換共識協議來解決。

其實從原理上出發，量子計算攻破區塊鏈的總體方法是通過公鑰反推出私鑰。所以如果一個區塊鏈的公鑰不公布，那量子計算機找不到目標也就沒法算出私鑰了。那么如果公鑰只用一次，公鑰用完后，那個公鑰對應的賬戶中如果沒有任何比特幣，那么就算量子計算機算出私鑰也就沒有意義了。實際上現在很多區塊鏈包就是用的這個辦法，一個錢包可以產生任意多的公鑰和地址，一個公鑰和地址只用一次。

由此可見區塊鏈并非對量子計算毫無辦法，區塊鏈加密的設計者們也一直在思考如何針對量子計算。

參考資料：

《量子計算即將攻破區塊鏈命門？數字時代安全如何守護》

《量子計算會消滅區塊鏈嗎？》

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