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。

摩根大通工程师：量子密钥分发网络可保护区块链免受量子计算攻击:2月17日消息，来自摩根大通公司、东芝公司和Ciena公司的一组量子计算工程师发布论文表示，他们已经证明，新开发的量子密钥分发（QKD）网络，可用于保护区块链上的通信。量子密钥分发是一种由量子物理学驱动的超安全双向通信网络，作为保护区块链免受量子计算攻击的一种方式。（metro）[2022/2/17 9:59:09]

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

ECHO技术负责人张楠：相比黑客 区块链更应该警惕量子计算机:5月19日，ECHO公链技术负责人张楠受邀作为首届全球区块链黑客马拉松导师参与区块链项目辅导。会上，张楠呼吁现场区块链从业者：相比于黑客，区块链更应该警惕量子计算机！他指出，谷歌已经研发出72量子比特（qubits）超导量子计算机,虽然这短期还不足以威胁区块链，但ECHO公链团队前瞻性采用了抗量子特性技术方案——后量子密码，运用LWE算法（伴随误差学习）抵抗来自量子计算机的攻击。ECHO团队还将会考虑开发与OpenSSL一同工作的Ring-LWE密钥交换协议，实现后量子时代区块链的安全问题。[2018/5/19]

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。

数字货币学者正在积极应对后量子计算机:据Coindesk消息，后量子计算机领域的突破将对支撑整个数字货币的密码学造成巨大冲击。目前，数字货币学者已经在积极寻找方案应对。中山大学研究员张方国等人研究了名为“理想格子”的加密技术，它具有量子抗性和隐私性特征，该系统已开始测试。Ruffing则提出了“两步”交易法，先隐藏公钥，再移动到准备好的加密地址。Zamyatin也表示，在去年11月举行的加密会议上，有许多替代现有签名的方案被提出和讨论。[2018/3/17]

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。

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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