比特幣:量子計算能否對比特幣構成威脅

關于量子計算，市面上已經有很多騙局和都市傳說。我們的想象力非常強大，足以讓我們相信尼斯湖水怪會將人拖入水下，人工智能崛起且開始表現出人類的特質，現在又出現了一種神秘的量子算法，可以將比特幣從地球上抹去。

那么，量子計算到底是什么?它真的會對比特幣構成威脅嗎?它會不會最終剝奪數字黃金的價值?

什么是量子計算?

量子計算是利用疊加和糾纏等量子現象解決數學難題的新興科學分支。2019年，谷歌聲稱它造出了一臺“量子霸權”計算機，只需要花200秒，就可以解決目前最快的超級計算機要花一萬年左右才可以解決的任務”。來自合肥科技大學的中國科學家研發出了一臺機器，據說只需200秒就能解決玻色子采樣問題，即便是速度非常快的超級計算機TaihuLight，解決這個問題也需要大約25億年。

觀點：量子計算對比特幣的威脅比以往任何時候都大:8月23日消息，據一位專家稱，量子計算對比特幣的威脅比以往任何時候都大，該行業必須緊急解決這個問題。”量子比特 \"取代了傳統的計算機比特，能夠以極大的速度處理信息。從這個角度來看，研究人員聲稱，在十年內，量子計算機將完全發揮作用，并能夠破解從你的手機加密到電子郵件地址的任何東西，甚至更令人擔憂的是，比特幣地址。量子加密公司Arqit的創始人David Williams呼吁加密貨幣行業緊急解決這個問題，否則就會面臨最大的問題。

Utimaco的前首席技術官表示，在第一批將被量子計算機打破的數字簽名類型中，有橢圓曲線，而橢圓曲線則用于在比特幣錢包中。（crypto-news）[2021/8/23 22:31:40]

那么，這些疊加和糾纏的概念是什么?它們最終會對比特幣網絡安全造成什么影響呢?

密碼學博士高承實：量子計算機大規模應用將對非對稱密碼算法和哈希函數帶來致命性的影響:密碼學博士，計算機應用專業副教授高承實發表《量子計算機的應用會顛覆掉比特幣系統嗎？》專欄文章，文章表示，量子計算機從發展狀況來看，還處于極其早期階段，離真正實用還有相當遠的距離。如果量子計算機真正能夠大規模應用，將對密碼算法當中的非對稱密碼算法和哈希函數帶來致命性的影響。現在基于數學難解問題而生成的非對稱密碼算法RSA和ECC安全性將不復存在，哈希函數的抗碰撞性也將受到極大挑戰，除非盡可能增加哈希函數的輸出長度。目前的非對稱密碼，主要是ECDSA和哈希函數SHA256，是比特幣系統最核心的底層技術，確保了比特幣分配和支付的安全，在比特幣系統的多個環節得到了應用，包括生成錢包地址、對交易進行簽名和驗證、計算區塊內所有交易的默克爾數生成區塊以保證塊內數據難以被篡改、激勵礦工開展挖礦競賽以維護系統的自運行……如果ECDSA和SHA256兩種算法的安全性不復存在，那么整個比特幣系統的安全性也將不復存在。

當然我們也沒有必要那么悲觀。第一，量子計算機的真正使用還有相當遠的距離；第二，隨著量子計算以及量子計算機的發展，抗量子計算的密碼算法也會同步得到發展，比如格密碼。

真的到了那個時候，或者比特幣系統中的密碼模塊會替換為抗量子計算的密碼模塊，或者比特幣已經完成它的歷史使命，從這個世界上消亡。（財新）[2020/12/24 16:21:46]

疊加

聲音 | V神：量子計算離直接使用還有很長的路要走:V神發推稱：到目前為止，我對量子霸權理論的一句話印象是，它對于真正的量子計算就像氫彈對于核聚變一樣。這證明了一種現象和從這種現象中獲取能量的能力是存在的，但離直接使用它還有很長的路要走。[2019/10/24]

疊加是指量子系統能夠同時處于多種狀態。”這里“和“那里”，”上“和“下”，”1“和“0”，還有–是的，這和比特幣挖礦有關系。

在比特幣挖礦中，計算機必須解決一個數學問題，即尋找盡可能小的32位隨機數，直到找到滿意的解決方案。

使用普通的、無論算力多么強大的挖礦裝備來尋找這個隨機數，都需要大量的能量。但是量子計算機，理論上可以在幾秒鐘內解決這樣的問題，而不需要花費太多的能量。

這是因為，與普通比特只能是1或0不同，量子比特可以同時是1和0，極大地加快了發現新區塊的過程。

糾纏

所以，疊加似乎可以讓比特幣的計算變得不值一提。然而，這只是問題的一部分：還有另一種量子現象——糾纏，即網絡中的所有參與者有可能同時就一個測量結果達成一致，這聽起來很像共識——比特幣工作證明的一部分。

通俗地說，量子糾纏是一種在量子尺度上觀察到的現象，糾纏的粒子保持著聯系(某種意義上)，這樣無論兩個粒子之間的距離有多遠，對其中一個粒子進行的操作都會影響另一個粒子。

也就是說，糾纏與疊加結合在一起，看起來似乎會在不久的將來讓比特幣的基本部分走向消亡，僅僅因為量子計算機在理論上能夠超快地執行所有的操作——但它們，真的可以嗎?或者說，現在可以嗎?

量子計算和比特幣

根據Tessler和Byrnes發表的科學研究，”如果能夠找到一種高效反轉SHA-256的量子算法，那么我們確實可以輕松挖出比特幣。然而，目前人們認為，無論是經典算法還是量子算法，都沒有能夠反轉SHA-256的高效算法。因此，唯一的方法就是蠻力搜索，也就是是嘗試不同的輸入，直到找到一個滿意的解決方案。”

在同一篇論文中，Tessler和Byrnes提出，在挖礦、安全和分叉這三個主要方向上，量子計算對比特幣的短期影響似乎相當小。原因很簡單。量子計算機要想對比特幣產生不利影響，需要比現在的量子算法有更多的量子比特和突破。

終于來到了都市傳說提醒人們要警惕的量子計算種種優勢的時刻——好吧，即使在這種情況下，這樣的優勢也不是不可逾越的，以至于經典并行化無法擊敗它。

所以，牢記這一點，讓我們回到文章開頭關于量子計算對比特幣構成威脅的問題。它能否最終剝奪數字黃金的價值?確實有可能，但量子計算給比特幣帶來多大的風險，也就意味著它能在多大程度上保護比特幣抵御這些風險。

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