李明：量子计算来了，比特币还安全吗？

编者按：本文在不改变作者初衷的情况下进行了修改。

谷歌高调宣布成功论证“量子至上”后，一度引发比特币投资者的恐慌和担忧。 据说用200秒就可以完成传统超级计算机需要1万年才能解决的问题。 使用的椭圆曲线签名算法（ECDSA）很容易被破解。 一旦一个地址发生转账，可以借助量子计算机通过公钥找到私钥，这个地址的钱就有可能被盗。 于是有人惊呼，基于密码学和基于算法的加密货币，在计算能力呈指数级增长的量子计算面前，很可能会遭遇灭顶之灾。 量子计算机的出现会对比特币产生什么影响？ 比特币能否承受量子算力的冲击？ 意见不一。

那么比特币的加密算法真的会在量子计算机面前无懈可击，无处遁形吗？

在中国科学技术发展战略研究院发布的《量子计算技术发展现状与趋势》一文中，全国政协副主席、科技部部长万钢、院长，2017年第九期《科技中国》，是这样描述量子计算的。 ：量子计算是指以纠缠态量子态为信息载体，利用量子态线性叠加原理进行信息并行计算的方案。

大家所说的量子计算机的“量子至上”也被称为“量子优势”，意思是量子计算机与目前的传统计算机相比，具有碾压性的优势。 一个非常强大的量子计算机可以完成现有的任务。 对于计算机来说几乎是不可能完成的任务。 例如，谷歌声称只需 200 秒即可完成传统超级计算机需要 10,000 年才能解决的问题。 量子计算机的出现会对比特币产生什么影响？ 想弄清楚这一点，首先需要普及一下量子计算机的知识。

很多人可能认为量子是一种微观粒子。 这个概念其实是错误的。 “量子”是人类公认的最小能量单位。 能量的最小单位不是一个连续的过程，而是一段一段的，用量子的概念来表达。 量子技术最重要的特点之一，就像传统计算机在集成电路中通过通断来区分0和1，其基本单元是硅片。 量子计算机也有自己的基本单位，即量子比特。 量子比特，又称量子比特，通过量子的二态量子力学体系来表达0或1。 例如，光子的两个正交极化方向，电子在磁场中的自旋方向或核自旋的两个方向，原子中的量子处于两个不同的能级。 当观察到这些状态时，它们会坍缩成“0”或“1”，即变成一个定值，这与经典量子理论“薛定谔的猫”是一样的。 量子计算的原理是在量子力学系统中演化出量子态。

量子计算机的巨大力量

中国科学院发展战略在《量子计算技术发展现状与趋势》一文中指出。 “量子计算机具有极高的并行计算能力，可以在可接受的时间内解决某些经典计算机几乎不可能解决的计算问题，如大数分解、复杂路径搜索等。基于量子计算的信息化发展处理技术有望引发一场新的技术革命，为密码学、大数据与机器学习、人工智能、化学反应计算、材料设计、药物合成等诸多领域的研究提供前所未有的有力手段，将产生革命性的影响关于技术、经济、金融和国防安全。”

量子计算机利用量子相干叠加原理，具有超快的并行计算能力。 我们都知道，目前传统计算机的位长基本已经达到64位，处理器一次可以运行64位的数据。 也就是说，如果用64位来存储一个状态，一共可以存储多少？ 264 次幂位。 如果使用电子计算机，一位只能同时访问一个状态。 也就是说，它也是一个n位的内存，当前的计算机只存储一位的一个结果。 但是，量子计算机存储的结果可以达到2次方。 其并行计算不仅在存储容量上远超后者，而且读取速度快，可以同时并行进行多次读取和计算。 比如数学老师给了10万道数学题，小明同时只能解出其中一道题。 假设他平均一个小时就能算出一道难题，那么要完成这些难题，就需要十万个小时。 而量子计算机，不仅拥有超快的计算能力，还可以同时并行计算一万道题，并且可以在零点几秒内计算出这万道题的结果。 据估计，如果用目前世界上运算速度最快的“天河二号”超级计算机来求解一个包含数十亿个变量的方程组，需要100年时间。 使用万亿次量子计算机求解同一个方程只需0.01秒。 这就是量子计算机的强大之处。

超级计算的短板

自从提出量子计算以来，实验经历了从单个量子比特到十个量子比特左右的发展过程。 与做一台实用的通用量子计算机的最终目标相比，还处于原理论证的探索性研究阶段。

单从计算能力来看，毫无疑问，量子计算机的计算能力远高于现在的电子计算机。 但在现实世界中，我们人类世界对数据的处理可以分为两种。 一个是相互关联的，另一个是独立的。 很容易理解彼此的独立性。 比如我们前面提到的小明，要解决10万道难题。 每个难题相互独立比特币可以人工计算出来吗，可以同时并行计算。 什么是相互关系？ 举个例子：比如我要进入某栋大楼的办公室比特币可以人工计算出来吗，必须先从大门进入，然后乘电梯或者爬楼梯，然后才需要来到公司门口。 推门进去后，来到办公室坐下。 在整个过程中，无论你进门的速度有多快，爬楼梯的速度有多快，每一步都离不开前一步的提前处理。 在计算中，数据处理的第二步依赖于前一步的完成，这种相互关系在交易的处理中是密不可分的。 因此，不能同时并行处理，必须一步一步，一步一个脚印地进行。 不管计算多快，都必须串行处理。 因此，面对这样的事情，量子计算没有办法通过提高并发能力来处理关联数据。 这为密码学对抗“重复”量子计算提供了一种可行的解决方案。 例如，著名科普作家卓克在《Get》《卓克·密码学30讲》中提到了针对量子计算机的第七代加密方法——量子加密。

目前，量子计算机的出现在理论上对比特币构成威胁。 因为目前的哈希算法和非对称加密算法不具备抗量子计算的能力，加密算法可以并行计算。 但是，理论界早就发明了反量子计算算法，只是因为之前没有出现过量子计算技术，所以一直没有在实践中应用。 从游戏的角度来看，虽然量子计算机已经问世，但还处于研发实验室的早期阶段，可能还需要很长时间才能解决实际问题。 量子计算机等科技手段正在积极寻找破译密码的钥匙，密码学专家也在积极寻找对抗量子计算机的“武器”。 比特币的加密算法会不断迭代升级。 届时只需将比特币区块链加密算法改为抗量子加密算法即可抵御量子计算。 另一方面，正如核弹的出现并不意味着地球必须毁灭一样，量子计算机也没有合理必要的理由来破坏比特币的健壮性。

比特币技术已被时间证明是非常成熟和稳定的。 兼具稳定性和安全性的属性，才是值得关注和投资的东西。