區塊鏈威脅從何而來(lái) 會(huì )被量子計算攻破嗎？

　　顛覆性、劃時(shí)代、革命性……量子計算光環(huán)太多，又有不近人情的“高冷”。另一邊，開(kāi)年以來(lái)，區塊鏈火得一塌糊涂。網(wǎng)上熱傳的“3點(diǎn)鐘不眠區塊鏈社群”，神秘而火爆。

　　最近，它倆不期而遇了。據外媒報道，一臺具有4000個(gè)以上量子比特的量子計算機就能瓦解區塊鏈。若有人能做出這樣的量子計算機，就能解出并驗證每筆交易，未來(lái)產(chǎn)生的所有加密貨幣都會(huì )被其壟斷，加密貨幣的信任系統也將被瓦解。

　　這聽(tīng)起來(lái)很可怕。倆“神仙”似乎要打架，是真有此事還是杞人憂(yōu)天?

　　“攻鏈”威脅從何而來(lái)

　　在量子計算威脅區塊鏈的相關(guān)論述中，持有此觀(guān)點(diǎn)的一方給出的論據主要包括兩點(diǎn)：一是量子計算會(huì )威脅比特幣的安全協(xié)議;二是算力更大的量子計算機能壟斷“挖礦”。

　　誕生于2009年的比特幣是區塊鏈技術(shù)最著(zhù)名的應用。比特幣的安全協(xié)議涉及兩種類(lèi)型的密碼學(xué)，即挖掘過(guò)程中使用的散列函數和用于在區塊鏈上提供數字簽名的非對稱(chēng)密碼術(shù)。

　　在“擊破論”支持者看來(lái)，量子計算機可能會(huì )對這兩道安全防線(xiàn)產(chǎn)生巨大威脅。未來(lái)，量子計算機能很快破解哈希函數，從而壟斷整個(gè)區塊鏈，讓比特幣的安全協(xié)議“作廢”。

　　“挖礦”是指利用芯片的計算能力，在比特幣全球網(wǎng)絡(luò )中不斷進(jìn)行哈希運算，比對手更快地求解，找出符合特定要求的隨機數，以此贏(yíng)得在公開(kāi)賬簿上的記賬權，從而獲得系統獎勵的比特幣。本質(zhì)上，“挖礦”是個(gè)數學(xué)問(wèn)題。

　　比特幣常說(shuō)的“51%攻擊”就是指在區塊鏈中，如果一個(gè)礦工組擁有整個(gè)網(wǎng)絡(luò )51%的算力，他們就會(huì )永遠比其他擁有49%算力的礦工組更快地處理區塊。也就是說(shuō)，他們將壟斷整個(gè)區塊鏈，得到之后產(chǎn)生的所有比特幣。

　　針對量子計算機威脅“挖礦”的問(wèn)題，來(lái)自新加坡國立大學(xué)的戴夫士·阿加沃爾和該校研究人員在2017年10月發(fā)表了相關(guān)論文。他們認為，至少在未來(lái)十年內，ASIC礦機(使用ASIC芯片作為算力核心的礦機)的“挖礦”速度會(huì )比量子計算機快，但十年后量子計算機的“挖礦”速度將大幅提升。

“攻破”一說(shuō)為時(shí)尚早

　　針對“4000量子比特的量子計算機能瓦解區塊鏈”的說(shuō)法，中科院微電子研究所集成電路先導工藝研發(fā)中心研究員吳振華表示這并非空口無(wú)憑。

　　“這個(gè)是有依據的，是比對了枚舉法破解區塊鏈所需要的計算能力和4000個(gè)量子比特的計算能力之后做出的判斷。當然要求也很高，需要4000個(gè)量子糾纏的比特，同時(shí)要保證極低的錯誤率?！眳钦袢A解釋說(shuō)。

　　而現實(shí)情況是，目前的量子計算機最多實(shí)現72比特的計算能力，并且越往上增加難度越大。

　　作為國內最早的區塊鏈技術(shù)研究者之一，中科院自動(dòng)化所副研究員袁勇的態(tài)度非常明確：“總體上來(lái)說(shuō)，我不太認同量子計算對區塊鏈產(chǎn)生威脅(的說(shuō)法)?！?/p>

　　“首先，對方并沒(méi)有以發(fā)展的眼光來(lái)看待問(wèn)題。量子計算和區塊鏈，或者說(shuō)量子計算跟密碼學(xué)一定會(huì )呈現共生演化的趨勢，二者互相促進(jìn)，不能用十年后的量子計算與現有的比特幣密碼體系相提并論?！痹抡f(shuō)，“我相信密碼學(xué)體系和區塊鏈的技術(shù)一定會(huì )有相應的手段應對量子計算的威脅?！?/p>

　　針對量子計算算力驚人的觀(guān)點(diǎn)，袁勇也予以了反駁。據他介紹，比特幣的共識算法是以算力為基礎的，因此可能面臨量子計算的威脅。但是區塊鏈技術(shù)體系中的共識算法自PoW(即Proof of Work，工作量證明機制)之后，呈現出百花齊放的發(fā)展態(tài)勢，目前至少已有30余種共識算法。很多其他加密貨幣的共識算法都不是以算力挖礦為基礎，例如權益記賬、代表記賬、隨機記賬等。此外，還有Paxos和Raft傳統分布式一致性算法可以運用，這些共識協(xié)議在很大程度上可以抵御量子計算攻擊。所以，如果量子計算確實(shí)產(chǎn)生威脅，區塊鏈可以通過(guò)切換共識協(xié)議來(lái)解決。

　　袁勇解釋說(shuō)：“當然，這些新共識協(xié)議，特別是用于公有鏈的共識協(xié)議，還未能證明其有效性，目前最安全的還是比特幣的PoW共識。但這些共識算法的未來(lái)可期，我們實(shí)際上有很多選擇?！?/p>

　　袁勇笑道：“量子計算對比特幣有威脅，但它對傳統銀行體系的威脅更大。天塌下來(lái)有個(gè)子高的頂著(zhù)，以體量來(lái)說(shuō)，還輪不到比特幣‘杞人憂(yōu)天’?！?/p>

　　短期內或難實(shí)現“量子霸權”

　　量子計算近來(lái)捷報頻傳。3月6日，谷歌宣布推出一款72個(gè)量子比特的通用量子計算機Bristlecone(“狐尾松”)，其錯誤率低至1%，與9個(gè)量子比特的量子計算機持平。此前，IBM剛剛曝光其50個(gè)量子比特量子原型機的內部構造。

　　本土力量也不甘示弱。近日，中科院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長(cháng)潘建偉正式發(fā)布中科院聯(lián)合阿里云打造的11量子比特超導量子計算的云平臺，這是繼IBM后全球第二家向公眾提供10量子比特以上超導量子計算云服務(wù)的系統。郭光燦院士團隊也介紹其本源量子計算云平臺已成功上線(xiàn)32比特量子虛擬機，并已實(shí)現了64量子比特的量子電路模擬，打破IBM Q的56位仿真紀錄。

　　這一系列動(dòng)作，讓今年的“量子霸權”爭奪戰來(lái)得比預期更早?！傲孔影詸唷庇直环Q(chēng)作量子優(yōu)越性，即50量子比特的量子計算機優(yōu)于現在的任何一臺經(jīng)典計算機，達到“量子霸權”才算真正意義上的量子計算機。

　　量子計算可以顛覆現有計算行業(yè)，它能輕易通過(guò)枚舉算法解決大量現有復雜算法才能解決的問(wèn)題，對量子效應實(shí)現直接模擬仿真。但吳振華表示：“雖然量子計算的功力沒(méi)有被夸大，但它的實(shí)現難度很大。由于種種原因，現在很多觀(guān)點(diǎn)或報道(對量子計算的預期)過(guò)于樂(lè )觀(guān)?！?/p>

　　谷歌推出的量子計算器Bristlecone能夠支持多達72個(gè)量子位，號稱(chēng)“為構建大型量子計算機提供了極具說(shuō)服力的原理證明”。而如果能將量子處理器的錯誤率控制在足夠低的水平，在解決明確的計算科學(xué)問(wèn)題時(shí)就能超越傳統硅計算機，實(shí)現所謂的“量子霸權”。

　　但實(shí)現“量子霸權”要克服很多困難，何時(shí)成真還沒(méi)有定論。

　　量子計算伴有噪聲，即隨機波動(dòng)和錯誤。對此，技術(shù)樂(lè )觀(guān)派們認為“降噪”是個(gè)技術(shù)性、工程性難題，遲早可以解決。

　　另一撥人卻不這么想。耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)數學(xué)家吉爾·卡拉伊是反量子計算的代表人物，他一直關(guān)注量子計算復雜度與噪聲問(wèn)題。在他看來(lái)，噪聲的降低必然伴隨著(zhù)量子比特數指數式的增加。由于后者無(wú)法實(shí)現，因此“量子霸權”也難以實(shí)現。