比特币:量子计算能否对比特币构成威胁

关于量子计算，市面上已经有很多局和都市传说。我们的想象力非常强大，足以让我们相信尼斯湖水怪会将人拖入水下，人工智能崛起且开始表现出人类的特质，现在又出现了一种神秘的量子算法，可以将比特币从地球上抹去。

那么，量子计算到底是什么?它真的会对比特币构成威胁吗?它会不会最终剥夺数字黄金的价值?

什么是量子计算?

量子计算是利用叠加和纠缠等量子现象解决数学难题的新兴科学分支。2019年，谷歌声称它造出了一台“量子霸权”计算机，只需要花200秒，就可以解决目前最快的超级计算机要花一万年左右才可以解决的任务”。来自合肥科技大学的中国科学家研发出了一台机器，据说只需200秒就能解决玻色子采样问题，即便是速度非常快的超级计算机TaihuLight，解决这个问题也需要大约25亿年。

声音 | 谷歌量子计算负责人：中国或使美国在量子霸权竞赛中处于劣势:据DailyHODL报道，谷歌量子计算负责人Hartmut Neven表示，中国在技术上的巨额投资可能使美国在量子霸权竞赛中处于劣势。他表示，中国作为一个社会整体，有能力把巨大的资源引向他们认为具有战略重要性的方向。[2020/2/3]

那么，这些叠加和纠缠的概念是什么?它们最终会对比特币网络安全造成什么影响呢?

叠加

叠加是指量子系统能够同时处于多种状态。”这里“和“那里”，”上“和“下”，”1“和“0”，还有–是的，这和比特币挖矿有关系。

研究称量子计算机不会对比特币构成威胁:一篇名为《量子对比特币的攻击，以及如何防止攻击》的文章认为，目前ASIC矿机处理hashcash PoW的高速率，以及量子计算机的缓慢发展，不会让量子计算机占有优势。未来量子计算机出现实质性改进时，矿机可能早已获得足够的改进，以抵消其优势。[2018/5/31]

在比特币挖矿中，计算机必须解决一个数学问题，即寻找尽可能小的32位随机数，直到找到满意的解决方案。

使用普通的、无论算力多么强大的挖矿装备来寻找这个随机数，都需要大量的能量。但是量子计算机，理论上可以在几秒钟内解决这样的问题，而不需要花费太多的能量。

中科院自动化所副研究员：不认同量子计算对区块链产生威胁的说法:中科院自动化所副研究员袁勇表示：“总体上来说，我不太认同量子计算对区块链产生威胁(的说法)。”“首先，对方并没有以发展的眼光来看待问题。量子计算和区块链，或者说量子计算跟密码学一定会呈现共生演化的趋势，二者互相促进，不能用十年后的量子计算与现有的比特币密码体系相提并论。”袁勇还表示，“我相信密码学体系和区块链的技术一定会有相应的手段应对量子计算的威胁。量子计算对比特币有威胁，但它对传统银行体系的威胁更大。天塌下来有个子高的顶着，以体量来说，还轮不到比特币‘杞人忧天’。”[2018/3/21]

这是因为，与普通比特只能是1或0不同，量子比特可以同时是1和0，极大地加快了发现新区块的过程。

纠缠

所以，叠加似乎可以让比特币的计算变得不值一提。然而，这只是问题的一部分：还有另一种量子现象——纠缠，即网络中的所有参与者有可能同时就一个测量结果达成一致，这听起来很像共识——比特币工作证明的一部分。

通俗地说，量子纠缠是一种在量子尺度上观察到的现象，纠缠的粒子保持着联系(某种意义上)，这样无论两个粒子之间的距离有多远，对其中一个粒子进行的操作都会影响另一个粒子。

也就是说，纠缠与叠加结合在一起，看起来似乎会在不久的将来让比特币的基本部分走向消亡，仅仅因为量子计算机在理论上能够超快地执行所有的操作——但它们，真的可以吗?或者说，现在可以吗?

量子计算和比特币

根据Tessler和Byrnes发表的科学研究，”如果能够找到一种高效反转SHA-256的量子算法，那么我们确实可以轻松挖出比特币。然而，目前人们认为，无论是经典算法还是量子算法，都没有能够反转SHA-256的高效算法。因此，唯一的方法就是蛮力搜索，也就是是尝试不同的输入，直到找到一个满意的解决方案。”

在同一篇论文中，Tessler和Byrnes提出，在挖矿、安全和分叉这三个主要方向上，量子计算对比特币的短期影响似乎相当小。原因很简单。量子计算机要想对比特币产生不利影响，需要比现在的量子算法有更多的量子比特和突破。

终于来到了都市传说提醒人们要警惕的量子计算种种优势的时刻——好吧，即使在这种情况下，这样的优势也不是不可逾越的，以至于经典并行化无法击败它。

所以，牢记这一点，让我们回到文章开头关于量子计算对比特币构成威胁的问题。它能否最终剥夺数字黄金的价值?确实有可能，但量子计算给比特币带来多大的风险，也就意味着它能在多大程度上保护比特币抵御这些风险。

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