「区块链通识课」:量子计算机投产之时,就是比特币终结之日? | 第22讲

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不少人惊呼,量子计算有可能在未来十年内“杀死”比特币。

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一台计算机能够在200秒,完成传统计算机耗时1万年的运算,这会是怎样的一台超级计算机呢?

2019年9月20日,英国《金融时报》报道称Google所研发的量子计算机成功在3分20秒(200秒)内完成了传统计算机需要1万年才能完成的运算。在这篇论文中,Google把这一突破定义为“迈向全面量子计算的里程碑”,并表示已实现“量子霸权”。

Google研究人员最早于美国国家航空航天局(NASA)网站发表了这一论文,但随后又迅速将其删除。不过论文仍然被眼疾手快的读者保存,进而被大量传播,由此激起对量子计算机影响的大讨论。而量子计算对比特币的影响,就是其中一个备受争议的话题。

量子计算和比特币会有什么关联呢?在弄清这个问题前,咱们先看下什么是量子计算。

如果学过计算机的朋友们会了解,电脑是以比特为单位进行信息的编码。每一位可以取值为1或0,而这些1和0作为开关,最终驱动计算机功能。

量子计算机是基于量子比特的,量子比特根据量子物理学的两个关键原理进行操作:叠加和纠缠。叠加意味着每个量子位可以同时表示一个1和一个0;纠缠意味着叠加的量子比特可以相互关联,也就是说,一个状态(无论是1还是0)可以取决于另一个的状态。利用这两个原理,量子位可以作为更复杂的开关,使量子计算处理能力可以比现在使用的计算机快数百万倍。

正式基于以上的原理和推断,美国加州理工学院教授普雷斯基尔在2012年提出了“量子霸权”的概念,即量子计算机能在特定问题上超越世界上性能最好的经典计算机。

由于担心量子计算机的强大计算能力会对比特币的安全性造成一定威胁,不少人惊呼,量子计算有可能在未来十年内“杀死”比特币。2016年,英国一家网络安全公司联合创始人Andersen Cheng表示,量子计算机投入使用之时,也就是比特币终结之日。那么,事实真的会如此吗?

比特币是通过密码保护的去中心化的加密数字货币,凭借良好的安全性,比特币已经稳定运行了十余年。比特币之所以做到了足够安全,主要是基于两个重要的安全特性:PoW(proof-of-work,工作量证明)和加密签名的不对称性,而这两个特性都建立在难以破解的密码协议的基础上。

先来看看工作量证明,POW,我们在前面的共识机制课程中已经有所了解,这里再来简单复习一下。工作量证明的基本原理就是客户端需要做出一定难度的工作,得出一个结果,而验证方却可以很容易地通过结果来检查客户端是不是真的做了相应的工作。它的核心正是不对称性:相比于请求方完成工作的难度,验证方验证的难度小得多。目前,比特币系统使用的工作证明函数是由 Adam Back 发明的 Hashcash(哈希现金)。

至于加密签名的不对称性,主要是用来授权交易。在一个交易被广播,但还没有加入到区块链的时候是最容易被攻击的。如果在此时就可以通过广播的公钥,破解出密钥,就可以利用这个密钥从原地址广播一个新的交易给自己的地址,并让这一交易先进入区块链之中,就可以取走原地址中所有的比特币。目前比特币使用椭圆曲线数字签名算法(ECDSA),利用secp256k1生成密钥。

如果可以在特定的时间内完成对以上两个问题的破解,也就攻破了比特币的安全系统。对于当前计算的计算能力来说是无法做到的,但对于远远超过普通计算机计算能力的量子计算机而言,则可能只是“小菜一碟”。

按照英国普利茅斯大学通讯和网络安全研究中心教授Martin Tomlinson的描述,量子计算机可以在几分钟内从公钥推算出私钥,而在知道所有私钥后,人们就可以随意消费比特币。

不过,在业界专业人士看来,量子计算破解比特币的可能性,还存在很多质疑和讨论,目前并没有形成统一的共识和结论。火星财经前不久特别采访到几位区块链及密码学专家,他们的见解和观点,或许能给你带来一些启发。

有人持悲观意见。

北卡罗来纳大学教授王永革认为,现在几乎所有区块链都采用椭圆曲线数字签名,然而美国国家安全局(NSA)在2015年就已建议别再使用椭圆曲线了。Google的量子算法是随机的一种,对大部分区块链的影响目前没人具体研究过。区块链如何解决被破解的问题?答案是:重新设计。但重新设计又会产生很多问题,比如目前的流量问题将更加恶化。

PeckShield创始人蒋旭宪认为,量子计算会大大影响现代密码学的有效性,尤其是曾经认为没法破解的、基于密码的用户和认证系统。在量子计算面前,它们都可能被轻易破解。同样的,目前网络安全和基于密码学的电子商务安全也都有可能受到很大影响。

也有人持乐观意见。

YottaChain创始人王东临则认为,目前Google实现的还只是实验室技术,按业界产业规律,距离商品化还有较长时间,至少近几年不会有实质性影响。另外,量子计算和传统计算是不一样的计算方式,并不是说量子计算可以将所有的计算任务都能飞起来,大量的计算任务并不适合用量子来计算。即使Google量子计算机的传闻为真,也只能代表在某个特定的、专门适合用量子计算的计算任务上,一个不惜成本制造出来的实验室设备实现了比现有计算机快很多的目标。仅此而已。所有渲染量子计算会摧毁区块链的报道都是无知。并不全对。

比特币在安全性这个问题上虽然经受住了各种风波,但是,谁都不能保证它将来也能安然无恙。至于量子计算能否破解比特币还不得而知,但有一件事是可以肯定的:随着第一批强大的量子计算机在几年后上线,改变的压力会更大。或许,那时候,比特币已经变成了更好的比特币,带给我们更多变化的可能。

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