量子計算的發展對區塊鏈有什么影響？-ODAILY_區塊鏈:比特幣

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。

動態 | 谷歌稱其量子計算機已實現“量子霸權”，將全面邁入量子計算時代:谷歌研究人員本周在刊登在美國航天局NASA的網站一篇論文中表示，谷歌的處理器能夠在3分20秒內執行完成當今最強大的超級計算機Summit需要10000年才能完成的計算。研究人員表示，這意味著谷歌的量子計算機已實現了“量子霸權（quantum supremacy）”，量子霸權是量子計算設備解決經典計算機實際上無法解決的問題的潛在能力。同時該研究人員預測，此次標志著邁向全面量子計算時代的里程碑，根據摩爾定律的指數速度，量子計算機的能力將以“雙指數速度（double exponential rate）”發展。但研究人員也表示，該系統只能進行單一的、技術性很強的計算，使用量子計算機解決實際問題還需要數年時間。目前該論文已經從NASA網站撤回。據悉，目前國際密碼學公認基于Hash函數的數字簽名（Hash-based cryptography）能抗量子計算機攻擊，如Merkle在 1989 年提出的認證樹簽名方案，它的安全性基于Hash函數的安全性。目前尚未存在有效針對一般Hash函數的量子計算機攻擊。（金融時報）[2019/9/21]

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？

動態 | 數字貨幣教父David Chaum公布一種可以抵抗量子計算機攻擊的新型加密貨幣:據Cointelegraph消息，eCash創始人，數字貨幣教父David Chaum公布了一種新型加密貨幣產品Praxxis，他表示這種貨幣可以抵抗量子計算機的攻擊。[2019/8/21]

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。

聲音 | 現代密碼學之父：區塊鏈在量子計算中并不十分脆弱:據新浪財經報道，“現代密碼學之父”惠特菲爾德·迪菲(Whitfield Diffie)表示，20世紀70年代建立起來的公鑰加密體系很容易受到量子計算的攻擊。但密碼學中有很多技術，例如大多數區塊鏈都使用了公鑰密碼，同時也使用了很多其他的東西，包括哈希編碼，區塊鏈在量子計算中并不十分脆弱。[2019/4/4]

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。

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。

聲音 | 重慶大學向宏：大型量子計算機真正問世會使區塊鏈受到顛覆性破壞:據人民網消息，國家密碼行業標準化技術委員會委員、重慶大學向宏教授在接受采訪時表示，一旦大型量子計算機真正問世，將對現有信息安全體系產生巨大沖擊。基于公鑰體制的身份認證體系、區塊鏈等均會受到顛覆性破壞，危及整個互聯網及應用的安全。[2018/11/7]

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。

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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