科普 | 什么是量子计算机？为什么它对加密货币是种威胁？

概要

加密爱好者担心量子计算机的影响。

一些数字资产可能成为量子计算机的受害者。

未来，量子计算机可能会为大众，甚至犯罪分子所用。

近日，由中国研究人员创造的九章量子计算机问世，该计算机比谷歌的原型机要快上100亿倍之多。借此，此文将解释量子计算机的重要性，以及它对加密领域的影响。

什么是量子计算机？

量子计算机是一种超级强大的计算机器，它处理信息的速度比传统计算机要快100万亿倍左右。这种强大的能力在处理大量数据、建立电路模型以及未来其他更多的可能性上将派上用场。

然而，这项技术也有黑暗的一面。研究人员认为，量子计算机可以彻底瓦解我们所知的计算机安全。在如此强大的数据处理能力下，任何代码的分析时间都不会超过片刻。这就意味着，量子计算机可以在一秒钟内读取TB级的数据，从而破解密码。

例如，银行交易及信息是在RSA算法的帮助下加密的。要破解RSA，普通计算机需要几百年甚至几千年的时间，然而量子计算机则可以在几分钟之内破解RSA加密技术。

IBM Q欧洲大使Mark Mattingley-Scott在阐述量子计算机的研究进展时说：“我们现在已经到了拥有且能够使用量子计算机的阶段。我们能够对它们进行编程，而且正在寻找一种方法，使它更加工业化、且稳定强大。我们正在学习如何为它们编写算法，也在研究不同类型的量子计算。”

Mattingley-Scott确信，人类已经为这样的机器做好了准备。他还认为，我们也为后果做好了准备。

量子计算机的运作原理

量子计算机与传统的计算机不同，它不是以比特或字节（双系统计算中的一个信息单位），而是以量子比特，即qubits来运作的。这种技术使得计算机处理速度提高了数百倍。

此外，量子计算机的硬件也比前代产品更复杂。与传统的计算机相比，它有更多的部件，而且必须不断地进行过冷处理。

市面上的量子计算机

量子计算机的原型出现在20世纪末。2019年秋天，谷歌提出了他们的最新发展，并展示了量子计算的巨大可能性。

NASA的一项实验表明，这台机器需要3分20秒才能完成的计算，对于当时最强大的传统超级计算机而言，则需要1万年。

出于未知的原因，NASA删除了他们的报告，但《金融时报》的记者却保留一份副本。

2020年12月初，一种新的、更强大的量子计算机“九章”问世了。它是由一群中国科学家在著名物理学家潘建伟的领导下创造的。

根据《科学》杂志上其实验结果显示，该量子计算机的生产力比谷歌的计算机高出百亿倍，而比传统的超级计算机则高出100万亿倍之多。

但研究人员并没有透露这种级别的量子计算机的价格。

量子计算机在政府服务中的应用

新型量子计算机的研究人员认为，这台机器的诞生已接近于“量子至上”。一台能够快速解决非常困难的工作的卓越计算机，可以让国家在从化学、人工智能（AI）到大数据分析等多个领域获得优势。

“量子至上”意味着计算机可以在合理的时间内完成传统计算机基本不可能完成的计算。

研究人员解释说，10万年前，智人能在进化斗争中成为战胜尼安德特人的胜利者的原因就在于，他们有沟通和分享信息的能力。

到了21世纪，人们继续发展通信，而且已经在量子层面上进行。潘建伟确信，这一领域的成就将成为人类未来进化的基础。

量子计算机如何成为矿工的敌人

掌握一台优越的计算机，可以让一个人或一个团体在网络中获得优势，甚至控制网络，从而使加密挖矿行业受到威胁。

众所周知，挖矿需要大功率的设备。加密资产的矿工利用计算机的计算能力来解决数学问题。其中，一些人运行的是传统计算机，而另一些人则购买了加密挖矿专用的ASIC设备。

谁先解决了数学问题，谁就能获得区块奖励，也就是说电脑越强大，它解决问题并获得以比特币（BTC）支付的奖励的几率就越大。有时矿工们会联合起来，一起解决问题。但唯一的缺点是，利润需要在矿池成员之间分配。

矿工是分散在全球各地的，而这也是加密领域去中心化的实现方式。 

2020年12月10日矿工前四天的区块奖励分配情况。来源：blockchain.com

上面的饼状图清楚地表明了，比特币矿工的活动主要分布在个人和大池子之间。大家都在竞争获取奖励的权利，而这也是为什么没有一个“领跑者”的原因。

矿工在比特币网络上所使用的算力总量称为哈希率。由于竞争带来的对抗，且大家使用的设备基本相同，所以该领域基本是公平的。

然而，量子计算机的计算能力完全不同。它们可以破坏上述平衡。一台量子计算机可以轻松占到比特币51%的哈希率，也可以发起所谓的51%攻击。也就是说，量子计算机的所有者能够完全控制加密货币市场。

这样的攻击行为将破坏网络的正常运行，并将阻止交易确认。更重要的是，51%攻击还会带来“双花”威胁，并逆转已经确认的交易。

要想利用普通计算机和ASIC实现这样的攻击，则需要大量的资源，包括货币和电力。然而，连接到加密货币网络的量子计算机则可以快速、低价地完成这种攻击。

为什么量子计算机对加密货币是种威胁？

抢占比特币的大部分哈希率，或者其他加密货币的哈希率，可能意味着一个加密项目的毁灭。因为只有拥有相当计算能力的用户或用户群才能抵御这样的攻击。

然而实际上，这种计划不太可能成为现实。其中的问题是，购买一台量子计算机并成为加密犯罪分子基本是不可行的。同时，用量子设备攻击比特币网络也可能是致命的。

据Deloitte的分析师表示，量子计算机可以通过利用庞大的计算能力来获取密码或代码从而窃取加密货币。更准确地说，调查人员得出的结论是，这种威胁程度将取决于币的类型。他们认为，至少有25%的比特币存在着这样的高风险。 

英国密码学公司Post Quantum的CEO Anderson Cheng在接受Decrypt采访时指出，加密社区应该尝试开发工具来抵御量子盗窃。否则，在他看来，这些机器的破坏力可能会终结比特币。

一个令人振奋的事实是，目前，美国国家标准与技术研究所(NIST)正在开发后量子密码学算法。在这个小组的帮助下，理论上，一种加密货币将可以分叉成一个抗量子的区块链分支。而这个新的“分支”可以在抗量子算法的基础上继续运作。

NIST的成果可能最快会在2022年出现在市场上。但在此之前，加密社区将陷入对未来的“量子不确定性”中。

不管这种风险会有多大，在某些时候，社区也可能会达成共识，认为量子计算机只是给比特币带来了太多的风险。

加密社区害怕什么？

最近，一位受欢迎的加密分析师，也就是Plan B的《S2F — Forecasting Models》的作者，在他的读者中做了一个调查。主要问题是比特币可能面临的风险。

据其调查，量子计算机，无论其破坏力如何，都只是第二大担忧。根据加密社区的说法，比特币最可怕的威胁是来自当权者的监管压力。此外，比特币面临的其余危险包括：

集中挖矿。比特币70%以上的哈希值都来自中国,如果政府控制了当地的矿工，那么比特币网络就可能会受到威胁。

黑客、漏洞和网络犯罪。

金融衍生品。

分叉——即BTC的新改进版本。

目前，针对量子计算机对加密领域的影响，加密社区主要可以分为两大阵营：一派认为量子计算机对数字资产构成了生存威胁，而另一派则认为没有任何危险。

尽管当前，量子计算机只在大型研究集团和政府的要求下运行，但不排除未来可能会为大众，甚至犯罪分子所用。