量子計(jì)算機(jī)將會(huì)如何影響比特幣挖礦

幾乎每隔一段時(shí)間，便會(huì)傳出量子計(jì)算機(jī)的“突破性進(jìn)展”。進(jìn)而引起業(yè)內(nèi)部分用戶的恐慌：量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)會(huì)破解比特幣的加密算法，加密世界即將崩塌。

這不，最近美國公司霍尼韋爾官方宣布在量子計(jì)算領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，將提升量子計(jì)算機(jī)的性能。并且，霍尼韋爾還聲稱將在未來三個(gè)月發(fā)布全球最強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)。

量子計(jì)算機(jī)，來源：MIT Technology Review 這引起了不少加密資產(chǎn)持有者的擔(dān)心，擔(dān)心比特幣等加密資產(chǎn)是否還安全，會(huì)不會(huì)輕易被量子計(jì)算機(jī)破解？

這里先說結(jié)論：至少目前階段大家不需要擔(dān)心，即便將來通用的量子計(jì)算機(jī)大規(guī)模出現(xiàn)，比特幣也不一定會(huì)被“殺死”。

接下去，我們說說相關(guān)的原因。

比特幣用到的加密算法主要有 2 種：橢圓曲線數(shù)字簽名算法（ECDSA），SHA256 哈希算法。其中，ECDSA 主要用于私鑰、公鑰的生成；SHA256 主要用于公鑰生成錢包地址，以及挖礦時(shí)的工作量證明（PoW）。

量子計(jì)算機(jī)會(huì)威脅到 ECDSA 的安全性。1994 年，設(shè)計(jì)出了專門用來分解因數(shù)的 Shor 算法，足夠強(qiáng)的量子計(jì)算機(jī)（硬件）加上 Shor 算法（軟件），可以通過公鑰破解出私鑰。

當(dāng)然，量子計(jì)算機(jī)的這個(gè)破解過程也需要花費(fèi)比較長的一段時(shí)間，況且量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展也不是一帆風(fēng)順，剛開始的性能也沒那么強(qiáng)大。

即便量子計(jì)算機(jī)足夠強(qiáng)大了，也有辦法保護(hù)自己的比特幣安全：每次只使用一次性比特幣地址。

這要感謝中本聰當(dāng)初在設(shè)計(jì)比特幣的時(shí)候，沒有直接將公鑰當(dāng)作比特幣的收款地址。比特幣的公鑰和對(duì)應(yīng)的地址之間，做了 SHA256 加密，而目前并沒有可以有效破解 SHA256 的算法。

舉個(gè)例子，如果大白需要給小黑轉(zhuǎn) 1BTC，大白的錢包地址里有 3BTC，只要在轉(zhuǎn)賬的時(shí)候，將比特幣的找零地址設(shè)為一個(gè)自己掌握私鑰的、全新的比特幣地址即可。這樣，轉(zhuǎn)賬的時(shí)候，1BTC 進(jìn)入到小黑的地址，找零的 2BTC 進(jìn)入到了大白的新地址。關(guān)于比特幣的找零機(jī)制和 UTXO 模型，可以閱讀白話區(qū)塊鏈之前的推文《沒有UTXO，比特幣或不能如此穩(wěn)定運(yùn)行10年》。

在區(qū)塊鏈瀏覽器上查詢這筆交易時(shí)，可以看到大白轉(zhuǎn)出的地址和對(duì)應(yīng)公鑰，小黑的地址，找零的新地址。由于轉(zhuǎn)出地址用完即廢棄，里面沒有任何 BTC，所以即使看到了公鑰，用量子計(jì)算機(jī)破解出了私鑰也沒關(guān)系。

至于暴露的小黑收款地址和找零的新地址，由于量子計(jì)算機(jī)缺乏有效破解 SHA256 的算法，無法通過地址破解出公鑰，所以是安全的。

礦機(jī)，來源：www.hellobtc.com 那量子計(jì)算機(jī)會(huì)不會(huì)對(duì)比特幣的挖礦產(chǎn)生影響呢？

現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)符合“摩爾定律”，即計(jì)算機(jī)芯片的晶體管密度每 18 個(gè)月翻一番，算力增長一倍。但是近年來，晶體管的尺寸逐漸逼近物理極限，計(jì)算機(jī)算力的指數(shù)級(jí)增長在放緩，摩爾定律逐漸失效中。量子計(jì)算機(jī)厲害的地方在于，它是以雙指數(shù)的速度增長，即算力的增長指數(shù)也是指數(shù)級(jí)增長。這讓傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要幾萬年的計(jì)算量，量子計(jì)算機(jī)可以在短時(shí)間內(nèi)完成。

但是，量子計(jì)算機(jī)做到的只是大幅削減計(jì)算時(shí)間，它還是要花時(shí)間計(jì)算的。

前文我們提到，目前并沒有可以有效破解 SHA256 的算法，所以利用量子計(jì)算機(jī)挖比特幣時(shí)，也只能和其他礦機(jī)一樣，一個(gè)一個(gè)地找隨機(jī)數(shù)去試，只不過是量子計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度更快而已。比特幣有難度調(diào)整機(jī)制，可以通過調(diào)整難度對(duì)抗來自量子計(jì)算機(jī)的算力增長，還可以通過升級(jí) SHA256 算法（比如升級(jí)到 SHA384、SHA512），來增加挖礦難度。

需要注意的是，以上的討論都是建立在“量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)非常成熟了，而且還價(jià)格低廉”的前提假設(shè)。

現(xiàn)實(shí)的情況是，量子計(jì)算機(jī)還處于實(shí)驗(yàn)室階段。目前量子計(jì)算機(jī)只能進(jìn)行單一的、技術(shù)性很強(qiáng)的計(jì)算，使用它解決實(shí)際問題還需要數(shù)年時(shí)間。截至目前，還沒有一個(gè)通用的量子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，可靠的專用量子計(jì)算機(jī)也還沒有問世。

魔高一尺，道高一丈，量子計(jì)算機(jī)在向前發(fā)展的同時(shí)，加密算法亦會(huì)持續(xù)進(jìn)步。

在「得到」的《卓克·密碼學(xué) 30 講》中，著名科普作者卓克就提到了對(duì)抗量子計(jì)算機(jī)的第七代加密法——量子加密。

量子加密和其他加密法不同，不但使用了數(shù)學(xué)，還使用了理中的量子理論。量子計(jì)算機(jī)也很有可能無法破解，因?yàn)槿绻平饬?，就違反了量子力學(xué)的基本原理。