比特幣將被攻陷 量子計(jì)算攻破區(qū)塊鏈兩大命門

近幾年，區(qū)塊鏈作為互聯(lián)網(wǎng)金融的超級(jí)明星，受到無(wú)限關(guān)注，比特幣更是區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用中的當(dāng)紅炸子雞，在科技行業(yè)里，無(wú)人不識(shí)超級(jí)虛擬貨幣——比特幣。

比特幣有多火?

它誕生于2009年，在2010年，一萬(wàn)個(gè)比特幣還只夠買兩個(gè)披薩，而在2018年，比特幣價(jià)格已經(jīng)突破10000美元，當(dāng)初買兩個(gè)披薩的10000個(gè)比特幣現(xiàn)在大概值7.8億人民幣。從2010年的初始價(jià)格不到1美分，漲到現(xiàn)在的10000美元以上，比特幣誕生的這八年就實(shí)現(xiàn)了100萬(wàn)倍的增長(zhǎng)。

為什么一個(gè)現(xiàn)實(shí)中不存在的比特幣會(huì)火到這個(gè)程度?核心在于其安全和可靠。比特幣的精妙設(shè)計(jì)為其帶來(lái)這么幾點(diǎn)特性：

1、它能實(shí)現(xiàn)個(gè)人到個(gè)人的交易，不需要任何中間商;

2、如果不進(jìn)行交易，比特幣永遠(yuǎn)不會(huì)被盜;

3、比特幣是自動(dòng)定量發(fā)行的，獲得比特幣的方式只有挖礦和從別人手中購(gòu)買，無(wú)論你是誰(shuí)，通過(guò)挖礦獲得比特幣的難度都一樣。

比特幣火的原因究其原因來(lái)自區(qū)塊鏈技術(shù)為其賦予的自由性、安全性、公平性，但是，在不遠(yuǎn)的未來(lái)，這樣浪漫的虛擬貨幣機(jī)制可能要被完全瓦解，很多人所信仰的安全的、可靠的、堅(jiān)如磐石的基礎(chǔ)可能要被一個(gè)迅速發(fā)展的新興科技所摧毀。

這個(gè)新興科技就是量子計(jì)算。

就在上周，中科院量子計(jì)算機(jī)研究取得突破性進(jìn)展，中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院在超導(dǎo)量子計(jì)算方向發(fā)布11量子比特的云接入超導(dǎo)量子計(jì)算服務(wù)，世界范圍來(lái)看，提供10個(gè)量子比特以上的云計(jì)算服務(wù)，這是繼IBM后的第二家，這一進(jìn)展讓量子計(jì)算又一次成為焦點(diǎn)。

量子計(jì)算的迅速發(fā)展超出眾人預(yù)期，有預(yù)測(cè)認(rèn)為，十年內(nèi)，量子計(jì)算將會(huì)給區(qū)塊鏈(包括比特幣)帶來(lái)毀滅性的打擊。那么，量子計(jì)算機(jī)會(huì)如何對(duì)區(qū)塊鏈造成威脅?又會(huì)造成多大的威脅?區(qū)塊鏈有沒(méi)有對(duì)策抵御呢?

這就要從量子計(jì)算機(jī)和區(qū)塊鏈的原理說(shuō)起了。

量子計(jì)算機(jī)和區(qū)塊鏈

1、量子計(jì)算機(jī)

智東西不久前曾發(fā)表過(guò)關(guān)于量子計(jì)算機(jī)的文章(量子計(jì)算機(jī)有多可怕一秒破譯全世界所有密碼!)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行單位是量子比特(qubit)而非經(jīng)典計(jì)算機(jī)的比特(bit)。在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中，一個(gè)比特的值是確定的，可能是1，也可能是0，但是在量子計(jì)算機(jī)中，一個(gè)量子比特的值在觀察之前是不確定的，這個(gè)值有可能是1，也有可能是0，還可以是1和0的疊加狀態(tài)(superposition)，即同時(shí)等于0和1。

這樣的差別有多大呢?

拿《火影忍者》舉例的話，那就是佐助是經(jīng)典計(jì)算機(jī)，鳴人是量子計(jì)算機(jī)，要找一個(gè)東西，佐助只能自己一個(gè)一個(gè)地方跑去找，也許要找一年。

但是鳴人可以分出5個(gè)影分身，然后5個(gè)影分身再分出5個(gè)影分身，分身的分身再分身，所有分身都同時(shí)去不同的地方，瞬間找到東西，然后分身收回，只剩一個(gè)鳴人，取回東西，完成。

耶魯大學(xué)的羅伯特·舍爾科普夫教授(Robert Schoelkopf)說(shuō)：“當(dāng)量子計(jì)算機(jī)擁有50或者100個(gè)量子比特，而且這些量子比特能工作得很好，可以做完全糾錯(cuò)，那么你就可以用這個(gè)量子計(jì)算機(jī)做世界上任何經(jīng)典計(jì)算機(jī)永遠(yuǎn)都不可能做的計(jì)算工作了”。

量子計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力帶來(lái)的改變將是翻天覆地的，甚至將可能會(huì)影響國(guó)家安全。

因此，中科院的潘建偉院士曾說(shuō)：“我相信量子技術(shù)在21世紀(jì)的重要性可與上個(gè)世紀(jì)的曼哈頓計(jì)劃相比。”

2、區(qū)塊鏈和比特幣挖礦

2008年，區(qū)塊鏈概念由中本聰(Satoshi Nakamoto)首次提出，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N規(guī)則，也是一種技術(shù)，它的核心是安全和可靠。

目前，全世界區(qū)塊鏈技術(shù)的最著名的應(yīng)用就是比特幣，中本聰就是比特幣的創(chuàng)始人，接下來(lái)，我們就從比特幣的概念出發(fā)來(lái)一窺區(qū)塊鏈虛實(shí)。

現(xiàn)在，我們可以把區(qū)塊鏈想象成一個(gè)賬本，每一個(gè)區(qū)塊中都有這個(gè)賬本的一部分，這一部分賬本的完整信息保存在這個(gè)區(qū)塊的所有節(jié)點(diǎn)，這就是區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化，每個(gè)區(qū)塊都只有賬本的一部分，但是這一部分會(huì)記錄上一個(gè)區(qū)塊的信息，一個(gè)區(qū)塊連一個(gè)區(qū)塊，形成區(qū)塊鏈。

區(qū)塊鏈的優(yōu)勢(shì)就在于它形成了一個(gè)信任機(jī)制，打個(gè)比方，你存了100元存到銀行里，如果黑客黑了銀行，把你的錢劃走了，并且還把數(shù)據(jù)清除了，你手上就沒(méi)有任何信息可以證明你在銀行有100元的資產(chǎn)。但如果換成是區(qū)塊鏈，那么就意味著銀行所在的這個(gè)區(qū)塊每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有完整的賬本記錄，也就是說(shuō)你家鄰居和隔壁街大嬸甚至這個(gè)區(qū)的每一個(gè)居民都有賬本能證明你在銀行有100元存款。

相比傳統(tǒng)金融領(lǐng)域的中心化機(jī)制，區(qū)塊鏈的去中心化使其更加可靠牢固，即使失去一些節(jié)點(diǎn)的信息，系統(tǒng)依然可以繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此區(qū)塊鏈被認(rèn)為是非常安全可靠的技術(shù)。

那么比特幣挖礦又是什么呢?

基于區(qū)塊鏈往下說(shuō)，中本聰在2009年提出了比特幣的概念，他規(guī)定比特幣網(wǎng)絡(luò)中，每過(guò)十分鐘將會(huì)產(chǎn)生50個(gè)比特幣，當(dāng)總量達(dá)到1050萬(wàn)時(shí)(2100萬(wàn)的一半)，每10分鐘產(chǎn)出25個(gè)比特幣，當(dāng)總量達(dá)到1575萬(wàn)時(shí)，每10分鐘產(chǎn)生12.5個(gè)，而當(dāng)總量達(dá)到2100萬(wàn)時(shí)，比特幣將停止增長(zhǎng)，也就是說(shuō)比特幣的總量從一開(kāi)始就被定死在2100萬(wàn)個(gè)。

而比特幣“挖礦”就是新比特幣生成的方式，“挖礦”的人被稱為“礦工”，礦工利用計(jì)算機(jī)來(lái)解決比特幣網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)學(xué)問(wèn)題，第一個(gè)解決問(wèn)題的礦工公布答案，計(jì)入賬本，同步計(jì)入所有節(jié)點(diǎn)，這就叫挖礦成功，獲得比特幣。

區(qū)塊鏈的機(jī)制在量子計(jì)算概念發(fā)展之前是十分安全和可靠的，至少這么多年了，比特幣沒(méi)有被黑客黑過(guò)，但是在近年，量子計(jì)算迅速發(fā)展，超過(guò)之前所預(yù)想的速度，因此，有業(yè)界人士預(yù)測(cè)在十年內(nèi)，區(qū)塊鏈的安全可靠將受到來(lái)自量子計(jì)算機(jī)的巨大威脅。

量子計(jì)算怎么對(duì)區(qū)塊鏈產(chǎn)生威脅？

要理解量子計(jì)算對(duì)于區(qū)塊鏈的威脅，首先得從比特幣系統(tǒng)中的安全協(xié)議說(shuō)起，比特幣的協(xié)議涉及兩種類型的密碼學(xué)，即挖掘過(guò)程中使用的散列函數(shù)(哈希函數(shù))和用于在區(qū)塊鏈上提供數(shù)字簽名的非對(duì)稱密碼術(shù)。

礦工們利用其計(jì)算能力，使用SHA-256哈希函數(shù)為每個(gè)區(qū)塊計(jì)算一個(gè)隨機(jī)數(shù)，這個(gè)過(guò)程所得到的結(jié)果非常容易被驗(yàn)證，但是很難被找到。而不對(duì)稱密碼術(shù)則用于授權(quán)比特幣區(qū)塊鏈上的交易，整個(gè)鏈上的每個(gè)用戶都會(huì)被分配一個(gè)公鑰和一個(gè)私鑰，這就是公鑰密碼系統(tǒng)(Public Key)，公鑰密碼系統(tǒng)使用一對(duì)密鑰來(lái)加密信息：可以廣泛共享的公鑰和只有密鑰所有者才知道的私鑰。任何人都可以使用預(yù)期的接收者公鑰加密消息，但只有接收者才能使用他的私鑰解密消息。

這樣的非對(duì)稱密碼算法使用稱為橢圓曲線數(shù)字簽名算法(ECDSA)來(lái)生成密鑰，給定一個(gè)私鑰，很容易推導(dǎo)出相應(yīng)的公鑰，但是，反過(guò)來(lái)計(jì)算困難。這就是現(xiàn)在比特幣安全的原因。

而量子計(jì)算機(jī)可能會(huì)對(duì)這兩道安全防線產(chǎn)生巨大威脅，未來(lái)，量子計(jì)算機(jī)能很快破解哈希函數(shù)，從而壟斷整個(gè)區(qū)塊鏈，同時(shí)，更近的未來(lái)，在2027年，量子計(jì)算機(jī)的舒爾算法(Shor’s algorithm)被預(yù)測(cè)能在十分鐘(600秒)內(nèi)破解密鑰。

在比特幣的世界里，用經(jīng)典計(jì)算機(jī)挖礦的成功率和算力有一定關(guān)系，但算力大也并不意味著就一定能挖到礦(在你的算力沒(méi)有超過(guò)全網(wǎng)絡(luò)的50%的情況下)，挖礦和運(yùn)氣也有一定程度的關(guān)系，以走迷宮為例，一個(gè)人走得快，如果一條一條試的話，他肯定能最快到達(dá)迷宮終點(diǎn)，但是如果一個(gè)人雖然走得慢，卻只用一次嘗試就找到了通往迷宮終點(diǎn)的路呢?因此，走得快的人不一定穩(wěn)贏走得慢的人，同理而言，算力大的礦工也不一定比算力小的礦工先挖到礦。

就像上面說(shuō)的一樣，挖礦其實(shí)就是解決數(shù)學(xué)問(wèn)題，找出哈希函數(shù)加密的隨機(jī)數(shù)，但是有可能會(huì)有不同的兩個(gè)礦工組同時(shí)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)隨機(jī)數(shù)，宣布不同的區(qū)塊，這種情況下，比特幣的規(guī)定是處理得更多的那個(gè)區(qū)塊加入?yún)^(qū)塊鏈，另一個(gè)區(qū)塊則作廢。舉個(gè)例子，這就類似于在一個(gè)小區(qū)里有51個(gè)人說(shuō)你在銀行存了100塊錢，而49個(gè)人說(shuō)你存了50塊錢，這種情況下，少數(shù)服從多數(shù)，銀行認(rèn)為你存了100塊錢是真，存了50塊錢是假。

從這個(gè)規(guī)定進(jìn)一步解釋“51%攻擊”的概念，在區(qū)塊鏈中，如果一個(gè)礦工組有著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中51%的算力，那他就能壟斷整個(gè)區(qū)塊鏈，因?yàn)樗肋h(yuǎn)會(huì)比其他49%算力的礦工組更快地處理區(qū)塊，也就是說(shuō)他將得到之后產(chǎn)生的所有比特幣。

對(duì)量子計(jì)算機(jī)將威脅挖礦的問(wèn)題，戴夫士·阿加沃爾(Divesh Aggarwal )和新加坡國(guó)立大學(xué)(NUS)的研究人員進(jìn)行了深入研究，并在2017年10月就此發(fā)表了論文，他們認(rèn)為首先至少在未來(lái)十年內(nèi)，使用ASIC挖礦的速度會(huì)比量子計(jì)算機(jī)快，不過(guò)十年后，量子計(jì)算機(jī)的挖礦速度會(huì)飛速增長(zhǎng);其次，面對(duì)量子計(jì)算機(jī)，區(qū)塊鏈采用的非對(duì)稱密碼算法，即公鑰密碼系統(tǒng)會(huì)受到更大的威脅。

新加坡國(guó)立大學(xué)的研究人員指出，通過(guò)使用量子計(jì)算機(jī)，可以很容易地反過(guò)來(lái)運(yùn)行用公鑰推定私鑰的過(guò)程，每個(gè)人的私鑰都會(huì)被量子計(jì)算機(jī)輕易地推斷出來(lái)。

同樣的，我們可以把這個(gè)解密過(guò)程比喻為走迷宮，經(jīng)典計(jì)算機(jī)能做的就是很傻的一個(gè)方向一個(gè)方向的走，直到走到死胡同，然后回頭重新選擇走別的路，然而，量子計(jì)算機(jī)是給你一個(gè)上帝視角，俯瞰整個(gè)迷宮，該走哪條路就一目了然了。

但是量子計(jì)算機(jī)需要達(dá)到一定的量子比特才能做到這樣的程度，外媒Motherboard認(rèn)為一個(gè)4000量子比特的量子計(jì)算機(jī)就可以瓦解區(qū)塊鏈，也就是說(shuō)哪個(gè)人或團(tuán)隊(duì)先做出并應(yīng)用這樣的量子計(jì)算機(jī)就可以解出并驗(yàn)證每一筆交易，未來(lái)會(huì)產(chǎn)生的還未流通的所有加密貨幣都會(huì)被其壟斷，加密貨幣的信任系統(tǒng)將被瓦解。

量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展還處于初級(jí)階段

量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展固然很快，未來(lái)也可能會(huì)給區(qū)塊鏈帶來(lái)巨大威脅，但是，現(xiàn)在量子計(jì)算機(jī)還處于很初級(jí)的“玩具計(jì)算機(jī)”階段，目前，全世界各巨頭僅能做出10個(gè)左右的達(dá)到高保真度量子比特的量子計(jì)算機(jī)，上周中科院發(fā)布的11量子比特的超導(dǎo)量子計(jì)算服務(wù)，是全世界第二家10量子比特以上的云計(jì)算服務(wù)，第一家是IBM，去年年底，IBM已經(jīng)開(kāi)放20量子比特的云計(jì)算服務(wù)。像這樣的量子計(jì)算服務(wù)還不能被拿來(lái)解決什么實(shí)際的計(jì)算問(wèn)題，不過(guò)，開(kāi)發(fā)者已經(jīng)可以用這樣的云服務(wù)來(lái)學(xué)習(xí)量子計(jì)算機(jī)相關(guān)的編程知識(shí)了。

這樣看起來(lái)，4000量子比特似乎真的離我們還很遙遠(yuǎn)，不過(guò)，可能也并沒(méi)有我們想象的那么遙遠(yuǎn)，因?yàn)榛诮鼛啄晡④洝⒐雀柽€有IBM(這三家公司都建立了自己的專注量子計(jì)算研究的實(shí)驗(yàn)室 )在量子計(jì)算領(lǐng)域所取得的一系列突破進(jìn)展，《財(cái)富》雜志預(yù)測(cè)第一個(gè)實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)將在十年內(nèi)被造出來(lái)。

十年以內(nèi)這個(gè)時(shí)間，到底是多久，很多公司都曾預(yù)測(cè)過(guò)，比如微軟曾預(yù)測(cè)實(shí)用量子計(jì)算機(jī)將在2025年被造出來(lái)，谷歌也在2017年放話說(shuō)將在五年內(nèi)(也就是2022年左右)做出商業(yè)化的實(shí)用型量子計(jì)算機(jī)。

結(jié)語(yǔ)：有影響 但也有對(duì)策

量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展是無(wú)可避免的，終有一天將會(huì)威脅到區(qū)塊鏈，但似乎區(qū)塊鏈的很多專家們還沒(méi)有警惕起來(lái)。

據(jù)《財(cái)富》雜志報(bào)道，在2017年11月的Crypto 2017會(huì)議(頂尖的區(qū)塊鏈密碼技術(shù)人員會(huì)議 )上，全球“沒(méi)有人擔(dān)心”量子計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)。一位專家表示，這將是一個(gè)“非常昂貴的操作”，可能需要“政府級(jí)”支出，而另一位專家，完全嘲笑這個(gè)想法，他直擺手說(shuō)，等到實(shí)用量子計(jì)算機(jī)出來(lái)的時(shí)候，公鑰密碼系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到不需要擔(dān)心量子計(jì)算機(jī)的程度了，所以這個(gè)問(wèn)題根本無(wú)關(guān)緊要。

但是這些專家們都有一個(gè)相同的觀點(diǎn) – 那就是量子計(jì)算的出現(xiàn)將危及所有現(xiàn)有加密加密方法(包括RSA令牌)的安全性。量子計(jì)算機(jī)將影響整個(gè)金融和銀行業(yè)的安全，而不僅僅是區(qū)塊鏈。

與此同時(shí)，也有相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)此極為重視，比如在2015年，美國(guó)國(guó)家安全局(NSA， National Security Agency)宣布正在研究量子密碼系統(tǒng)，即可以抵御量子計(jì)算的加密系統(tǒng)。在學(xué)術(shù)界，也有密碼學(xué)專家正在研究量子密碼學(xué)，并且已經(jīng)有了實(shí)施量子密碼學(xué)的區(qū)塊鏈項(xiàng)目，例如，Quantum Resistant Ledger團(tuán)隊(duì)和俄羅斯量子中心的Evgeny Kiktenko團(tuán)隊(duì)正在致力于構(gòu)建可抵御量子計(jì)算機(jī)攻擊的量子區(qū)塊鏈，而且已經(jīng)有標(biāo)準(zhǔn)量子密碼系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)商用。

目前，可能誰(shuí)都無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)實(shí)用量子計(jì)算機(jī)誕生的具體時(shí)間點(diǎn)，但是積極一點(diǎn)看的話，商用量子計(jì)算機(jī)的誕生可能比我們預(yù)想的都要快，因?yàn)槿缃竦目萍及l(fā)展是加速的，而不是勻速發(fā)展的，也許在2018年，量子計(jì)算機(jī)還在非常初期的階段，實(shí)用量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)度才到5%，但是可能在2019年，這個(gè)進(jìn)度就到了10%，而在2020年，進(jìn)度會(huì)達(dá)到30%，這一切都是有可能的。

科技一直在發(fā)展，區(qū)塊鏈和加密貨幣等新興技術(shù)也許都還處在幼兒期，達(dá)到技術(shù)成熟還有很長(zhǎng)一段路要走，開(kāi)發(fā)人員需要小心在這個(gè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的一系列阻礙，這其中也包括量子計(jì)算。【責(zé)任編輯/孟亮】

(原標(biāo)題：比特幣危險(xiǎn)!量子計(jì)算將攻破區(qū)塊鏈兩大命門)

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