12 比特币正受到量子计算的威胁?

今天我们来简单聊聊比特币和量子计算这对“冤家”。

  • 2019年9 月 20 日,据《金融时报》报道,谷歌的一个研究小组首次通过实验,演示了「量子霸权」的存在,证明量子计算机能够在实际算力上碾压一切经典计算机,包括当前最强的超级计算机。
  • 2020年12月4日,《科学》杂志公布,中国研究团队构建的量子计算机“九章”,实现了对玻色采样问题的快速求解,其计算速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍!

除了上面的这些报道,相信你也曾在社交媒体上见到下面这样的论调:

  • 九章发布,比特币要凉?
  • 量子计算机或将埋葬比特币?
  • 谷歌实现的量子霸权会破解比特币算法?

现实情况真的如此吗?我必须得跟你澄清几个事实:

量子计算机的优势

量子计算机之所以会被人们寄予厚望,主要是基于它在原理上相对于当前主流的电子计算机的优势: 在电子计算机中,信息以0和1的比特形式编码,n个比特的内存可以存储2^n(2的n次方)种可能状态中的一种。而在量子计算机中,数据存储在量子比特(qubit)里,能同时表示0、1或它们的叠加态,所以n个量子比特可以在一个时刻同时表示最多2^n种状态。这使得在量子比特上的一些运算会比在传统电子计算机上快很多。这种量子计算机相对于电子计算机的优势,也被称作“量子优越性”(也译作“量子霸权”)。

量子计算机发展的现状

但长期以来这种优势仅仅存在于理论推测,没有人能够证明这个理论上的优势能在现实中被兑现。直到最近两年,像谷歌悬铃木(Sycamore)、中科大的“九章”这样的量子计算原型机的问世,使得“量子优越性” 这种原本理论上的可能性才终于被实验验证。

这类原型机的成功问世,在量子计算发展史上的确具有里程碑意义。但这种原型机是专为了一些量子计算有确定优势的特定场景量身定制的。因此,无论是悬铃木还是九章,对破解比特币这样真实的应用场景都毫无办法。从目前的原型机问世,到出现真正能满足各种真实应用场景的通用量子计算机,恐怕还有很长的路要走。

所以,目前发布的各种“量子计算机”并不能解决通用问题,对比特币并没有实际威胁

量子计算对比特币的潜在威胁

如上所述,目前的量子计算机的确还威胁不到比特币的加密算法。

但也不排除技术发展一日千里,如果有朝一日通用量子计算机真的出现,比特币是不是就真的不行了呢?

实际情况可能恰好相反,根据新加坡国立大学的Divesh Aggarwal等学者发布了一篇论文《Quantum attacks on Bitcoin, and how to protect against them》中论述的:

在采用SHA256算法的比特币挖矿这个场景中,未来10年内出现的通用量子计算机会长期败给专业的ASIC矿机。也就是说在未来10年内,量子计算机非但不能破解SHA256加密,甚至可能连矿机都取代不了。

而另一些存在被量子计算机破解可能的加密算法,如被用于交易签名的ECDSA(椭圆曲线数字签名算法),则可以通过研发使用更强的抗量子加密算法进行应对。

量子计算作为一种未来可能出现的更强算力,本质上也是一种资源或者工具。这个资源既可以被用于破坏比特币网络,同样也可以被用于维护比特币网络提升其安全性。

量子计算对比特币潜在威胁的结论

1. 目前发布的各种“量子计算机”都是以验证量子计算机原理为目的设计的“原型机”;
2. 像九章这样的“原型机”只能解决某个特定问题,对破解比特币加密算法这样的通用问题无能为力;
3. 未来不排除出现真正解决各种可计算问题的通用量子计算机,但仍需要至少若干年的研发;
4. 即使真的出现了这样的量子计算机,它也只在部分场景下相对传统电子计算机有压倒性优势;
5. 量子计算技术在快速发展的同时,比特币网络的应对技术,比如抗量子的加密算法也在不断演进;
6. 探讨未来出现的量子计算机能否破解当前阶段的比特币其实是一个关公战秦琼式的伪命题
7. 即使是当前的比特币,仍有一些关键部分(例如SHA256函数)是量子计算机也无法破解的。

以当前的量子计算机和比特币的发展现状而言,量子计算机并不是比特币的可见威胁。

目前各种舆论对这一事实上不存在的威胁的渲染,多半是对新闻报道背后细节的想当然甚至是有意曲解。未来量子计算机的发展和应用,对于比特币到底是好消息还是坏消息,目前还无法下定论。

证实了量子优越性的悬铃木和九章并不能杀死比特币,就像你不能指望用一根刚验证完杠杆原理的擀面杖撬起地球一样

比特币当前区块高度:668,015

内容整理来源:

量子计算与加密货币

Quantum attacks on Bitcoin, and how to protect against them

从一万年到 200 秒,谷歌实现的「量子霸权」有什么意义?

A New Law to Describe Quantum Computing’s Rise?


翻译、排版:恬儿

内容团队:李卫军寂寞不语杨卫祥穆逸扬

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