嫌疑者X：作为区块链的“假想敌” 我太难了

2019年11月，最新一期的全球超级计算机TOP 500榜单出炉。来自美国ORNL（橡树岭国际实验室）的超级计算机Summit（顶点）和Sierra（山脊）稳居第一和第二。来自中国的超级计算机“神威·太湖之光”和“天河二号”位列三、四位。

2018年6月，由ORNL研发、IBM公司制造的Summit，拥有4600多个计算节点，被誉为全球功能最强大的计算机。其浮点运算速度峰值更可达到20亿亿次/秒，这几乎是“神威·太湖之光”的两倍，而自2013年以来，中国曾一直占据全球超级计算机的霸主地位。

2019年9月，多家外媒报道称，谷歌已经利用一台53 qubit（量子位）的量子计算机实现了传统架构计算机无法完成的任务，即在Summit需要持续计算10000年的一项任务中，这台谷歌量子计算机仅仅花了200秒就轻松完成。业内人士普遍认为，这是迄今为止量子计算机超越传统架构计算机最强有力的证明。

谷歌的研究人员声称，“量子霸权”已经实现。这意味着，量子计算在某些任务上已经拥有了超越所有传统构架计算机的能力。

12月10日，英特尔表示，已经开发出一种名为Horse Ridge的低温控制芯片，它通过控制多个量子位，能实现更大的系统扩展。

对嫌疑者X的“指控”

一个月前，在《与任正非咖啡对话》对话节目中，华为创始人任正非关于量子计算与区块链的一段话，引发了热议。

他认为，“世界上最安全的密钥，现在用超级计算机，要几十万年才能破解，但是如果量子计算机出现后，不要几秒钟就能把几百万年破译不了的密钥破译了。大家说区块链多么伟大，但是在量子计算机面前，它可能就一钱不值了。”

的确，在区块链技术中，加密手段主要依靠私钥和公钥。其中，公钥可以从私钥的对应项中计算而来，反之不能成立。但是，通过量子计算机的特定量子算法却能够实现这点，即通过公钥来破解私钥，从而攻陷区块链的整个加密系统。

就嫌疑者X的“调查”

这大概就是区块链“量子威胁论”的最强理论支撑。不过，到底事实如何，我们还需要先来了解一下什么是量子计算。

量子计算是一种遵循量子力学规律，调控量子信息单元（量子位）来进行计算的新型计算模式。

“传统计算模式”示意图

我们知道，传统构架计算机的理论模型是通用图灵机，而量子计算机的理论模型是用量子力学规律重新诠释的通用图灵机。

“量子计算模式”示意图

从可计算问题来看，量子计算机只能解决传统构架计算机能解决的问题，只是在计算效率方面，由于量子力学的叠加原理，某些已知的量子算法，其处理问题的速度远超传统构架计算机。

虽然，传统构架计算机通过二进制计算方式，在一些计算项目上，花费的时间已经能够缩减到十亿分之一秒。但是，随着计算机向更小、更快的集成电路发展，其性能已经开始接近极限。

而量子计算开辟了物理计算的新天地，它通过量子物理的两个最重要原理开展运算，分别是量子叠加原理和量子纠缠原理。

其中，叠加原理是将量子想象成磁场中的某个粒子，根据量子定律，粒子进入叠加状态后，可在取0或1的基础上完成叠加，这将使得它代表的数值发生变化。而纠缠原理是指，在某一点上相互作用的粒子可以纠缠成对，且不管它们之间的距离如何都可以瞬间相互作用。

正是由于这两种原理，使得量子计算的效力获得指数级别的提升。

传统构架计算机的两个存储单位只能存储四个二进制数字，即00、01、10和11中的任意一个，而量子计算机在拥有两个存储单位时，可以同时存储这四个数值。如果增加更多的量子单位，计算机的容量也将得到指数式的扩展。

2019年8月，中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟、陆朝阳和霍永恒等，通过与多位国内外学者合作，在国际上首次提出了一种新型理论方案，为光学量子计算机超越传统构架计算机奠定了重要科学基础，同时，这也标志着我国在可扩展光学量子信息技术研究方面保持全球领先。

致嫌疑者X的“审判”

那么，如此厉害的量子计算机真能不费吹灰之力攻破区块链技术的加密系统，让这项跨时代的新技术变得一文不值？

2019年11月末，“量子信息与区块链技术”广州论坛在华南理工大学召开。据悉，论坛邀请了量子信息诸多领域的科学家、区块链技术专家和产业界代表。

安比实验室创始人郭宇博士就“量子霸权”逐渐实现的情况下，区块链技术的安全问题进行了分析。

在针对区块链安全问题的量子攻击设想、模式和可行性计算中，存在一种针对PoW挖矿的量子攻击模式。在设定实际条件的情况下，他通过比对Grover算法量子计算的SHA256速度与经典ASIC矿机计算的SHA256速度，并在分别讨论分叉长程攻击、伪造区块攻击以及生日算法攻击三种攻击手段后，得到的最后结论是，比特币PoW 共识受量子计算影响有限。

而在针对数字签名的量子攻击安全假设中，他认为，结合shor算法的量子计算，从公钥破解私钥较为容易；结合生日攻击的量子计算，不太容易从地址破解公钥。“中本聪所采用的比特币地址设计，具有抵抗量子计算的先见之明。”他说。

此外，他还分析了量子计算机可能发起的比特币致命攻击时间。他预测，到2027年，量子攻击时间将缩短到30分钟。除了比特币外，以太坊、Libra等都处于量子攻击的高危状态。

运通链达金服CEO邹均博士指出，量子计算将为区块链带来四类可能的改进。

数字资产研究院学术与技术委员会主任朱嘉明认为，谷歌宣布的“量子霸权”会对今后产生不可低估的影响，但是，量子技术和量子科学的发展并不在于摧毁或动摇区块链的整个结构和体系，而可能是在很大程度上为区块链提供新的技术元素，将其改造成基于量子科学的一种新的技术体系。据媒体报道，未来，区块链的加密技术也可能出现新的密码系统——量子密码。届时，密钥将被加密成一串光子。根据海森堡不确定性原理，在不改变光子的情况下，任何人都无法观测到这些光子存储的信息。也就是说，在正确构建出量子密码后，系统将更加难以入侵。这是因为，开始基于物理学而不是数学的量子密码能够赋予系统更强大的安全性能。据美国加密货币研究工程中心的研究论文显示，要攻破区块链的加密体系，量子计算机需要达到1500 qubit，而如今，谷歌的量子计算机只能达到53 qubit。如果30倍的提高难度不在话下，1500 qubit的超级量子计算机问世，它也同样需要在极为严苛的环境下进行计算。在量子计算的过程中，即便是些微的电磁波干扰或是其中一步的计算失误，也都会导致整个量子计算体系崩盘和失效。退一万步讲，即便有朝一日量子计算机发展到足够强大，能突破一切系统。那么，全世界各国政府只需要出台一纸禁令，强力监管这项“恐怖”的新技术，就如同核武器管控一般，量子计算机便无法自由“兴风作浪”。12月4日，第五届中国科研信息化发展研讨会在北京召开。中科院副院长李树深与会指出，中科院目前在芯片研发、先进网络、超级计算、量子计算、自主应用软件研发等方面部署和实施了一批重大项目，为科技创新发展提供了有力支撑。相信随着国家科研信息化基础设施建设的不断完善，区块链、量子计算等新技术的交互迭代将日渐趋于成熟。当下，各项技术的一时优劣，可能是成全将来技术全面进步的强大助推力。

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编译者/作者：链茶馆

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