比特币危险，量子计算可能威胁区块链！

8 年后，比特币的价值实现了 100 万倍的飞跃，从最初的 1 美分到今天的 10,000 美元。比特币之所以如此受欢迎，是因为区块链技术赋予它的自由、安全和公平，但在不久的将来，这样的虚拟货币机制可能会彻底瓦解，而很多人信奉的安全、可靠、快速发展的量子计算可能摧毁的坚如磐石的基础。

上周，中科院量子信息与量子技术创新研究所针对超导量子计算方向发布了11个量子比特的云连接超导量子计算服务，取得了突破性进展。从全球来看，这是继 IBM 之后第二个提供 10 多个量子比特的云计算服务，这一进展让量子计算再次成为人们关注的焦点。

量子计算的飞速发展超出了所有人的预期。预计十年之内，量子计算将给区块链（包括比特币）带来毁灭性的打击。那么，量子计算机将如何对区块链构成威胁？会造成多大的威胁？有没有针对区块链的对策？

一、量子计算机和区块链

1.量子计算机

简单来说比特币用量子挖矿，量子计算机以量子比特（qubits）而不是经典计算机的比特运行。在经典计算机中，一个比特的值是确定性的，它可能是 1 或 0。但在量子计算机中，一个量子比特的值在被观察到之前是不确定的。这个值可以是1、0，也可以是1和0的叠加，即同时等于0和1。 .

差异有多大？以《火影忍者》为例，即佐助是经典计算机，而火影则是量子计算机。如果要找东西，佐助也只能一个一个去找，也许一年。但是鸣人可以分开5个影分身，然后5个影分身，再5个影分身，分身再分身，所有分身去不同的地方，瞬间找到东西，然后分身收回，只剩下一个鸣人，把事情拿回来，完成。

耶鲁大学教授 Robert Schoelkopf 说：“当一台量子计算机有 50 或 100 个量子位，而这些量子位工作得很好，你可以做完全校正。错了，那么你可以用这台量子计算机做更复杂的计算工作。”

量子计算机强大的计算能力带来的变化将是翻天覆地的，甚至可能影响国家安全。因此，中国科学院潘建伟院士曾说过：“我相信21世纪量子技术的重要性可以与上世纪的‘曼哈顿计划’相提并论。”

2.区块链

现在，我们可以把区块链想象成一个账本，每个区块都有一个账本的一部分，而这部分账本的完整信息存储在区块的所有节点中，这就是区块链技术的去中心化每个区块只有账本的一部分，但这部分会记录前一个区块的信息，一个区块与一个区块相连，形成一个区块链。与传统金融领域的中心化机制相比，区块链的去中心化使其更加可靠和牢固。即使部分节点信息丢失，系统仍然可以继续正常运行。因此，区块链被认为是一种非常安全可靠的技术。

二、量子计算如何威胁区块链？

要了解量子计算对区块链的威胁（以比特币为例），首先要从比特币系统中的安全协议说起。比特币协议涉及两种密码学，分别是挖矿过程中使用的哈希函数（hash functions）和用于在区块链上提供数字签名的非对称密码学。

矿工使用他们的计算能力使用 SHA-256 哈希函数为每个区块计算一个随机数。这个过程的结果很容易验证，但很难找到。比特币区块链上采用非对称密码学对交易进行授权，整个链上的每个用户都被分配了一个公钥和一个私钥，即公钥密码系统（Public Key）。公钥密码术使用一对密钥来加密信息：一个可以广泛共享的公钥和一个只有密钥所有者知道的私钥。任何人都可以使用预期收件人的公钥加密消息，但只有收件人可以使用他的私钥解密消息。

这种非对称密码算法的核心是使用椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）来生成密钥。给定一个私钥，很容易推导出相应的公钥，但反过来计算起来很困难，这就是为什么比特币现在是安全的。

而量子计算机可能会对这两条安全防线构成巨大威胁。未来，量子计算机可以快速破解哈希函数，垄断整个区块链。同时，也有预测称，在不久的将来（或许是 2027 年），量子计算机的 Shor 算法可以在十分钟（600 秒）内破解密钥。

关于量子计算机将如何威胁采矿的问题，Divesh Aggarwal 和新加坡国立大学 (NUS) 的研究人员进行了深入研究，并于 2017 年 10 月发表了一篇关于此的论文。他们认为，至少在未来十年内，使用 ASIC 进行挖矿的速度会快于量子计算机，但十年后，量子计算机的挖矿速度会迅速提升；其次，面对量子计算机，区块链采用非对称密码算法，即公钥密码系统，将受到更大的威胁。

新加坡国立大学的研究人员指出，通过使用量子计算机，可以轻松逆转从公钥推导出私钥的过程，量子计算机可以轻松推导出每个人的私钥。

量子计算机破解加密签名所需的估计时间（以秒为单位）类似地，我们可以将这个解密过程比作走迷宫。经典计算机能做的就是一个方向一个方向走，直到走到死胡同，然后转身选择另一条路。但是，量子计算机给你一个上帝视角，俯瞰整个迷宫，走哪条路一目了然。

但量子计算机需要达到一定数量的量子比特才能达到这个水平。外媒Motherboard认为，一台拥有4000个量子比特的量子计算机或许能够解体区块链比特币用量子挖矿，也就是哪个人或哪个团队先制造并应用这样的量子计算机来解决和验证每一笔交易。未来，所有尚未流通的加密货币都将被它垄断，加密货币的信任体系将被解体。

结论：

量子计算机的快速发展势不可挡，总有一天会威胁到区块链。令人担忧的是，区块链专家并没有真正意识到其重要性，请放松警惕。据《财富》杂志报道，2017 年 11 月，在 Crypto 2017 会议（顶级区块链密码学家会议）上，“没有人担心”全球量子计算的风险。一位专家表示，这将是一项“非常昂贵的操作”，可能需要“政府层面”的支出。好消息是，专家们似乎一致认为，在金融和银行安全方面，量子计算的出现将危及所有现有加密方法的安全性，包括 RSA 令牌。技术不断发展，区块链、加密货币等新兴技术仍处于发展初期。探索的路还很长，技术研发人员的路还很长。