量子計(jì)算機(jī)會不會對比特幣挖礦產(chǎn)生影響

最近，“谷歌稱已實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)”的新聞在各類媒體上刷屏?！傲孔影詸?quán)”又被稱為“量子優(yōu)勢”，指量子計(jì)算機(jī)相比于目前的計(jì)算機(jī)具有碾壓性的優(yōu)勢，即在未來的某一時刻，功能非常強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)可以完成目前的計(jì)算機(jī)幾乎不可能完成的任務(wù)。

在論文中，谷歌研究人員稱，谷歌的處理器能夠在 3 分 20 秒內(nèi)，完成目前全球排名第一的超級計(jì)算機(jī) Summit 需要一萬年才能完成的計(jì)算。

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，會不會輕易被量子計(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，以及挖礦時的工作量證明（PoW）。

量子計(jì)算機(jī)會威脅到 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)的這個破解過程也需要花費(fèi)比較長的一段時間，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)賬的時候，將比特幣的找零地址設(shè)為一個自己掌握私鑰的、全新的比特幣地址即可。這樣，轉(zhuǎn)賬的時候，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UXTO，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，可以看到大白轉(zhuǎn)出的地址和對應(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。

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)算時間，它還是要花時間計(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，也只能和其他礦機(jī)一樣，一個一個地找隨機(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)整難度對抗來自量子計(jì)算機(jī)的算力增長，還可以通過升級 SHA256 算法（比如升級到 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。谷歌研究人員也表示，谷歌的量子計(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)年時間。截至目前，還沒有一個通用的量子計(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，加密算法亦會持續(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)，還使用了物理中的量子理論。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。
來源： 白話區(qū)塊鏈