科普 | 什么是量子計算機？為什么它對加密貨幣是種威脅？_區塊鏈

作者：HarryLeeds

概要

加密愛好者擔心量子計算機的影響。

一些數字資產可能成為量子計算機的受害者。

未來，量子計算機可能會為大眾，甚至犯罪分子所用。

近日，由中國研究人員創造的九章量子計算機問世，該計算機比谷歌的原型機要快上100億倍之多。借此，此文將解釋量子計算機的重要性，以及它對加密領域的影響。

什么是量子計算機？

量子計算機是一種超級強大的計算機器，它處理信息的速度比傳統計算機要快100萬億倍左右。這種強大的能力在處理大量數據、建立電路模型以及未來其他更多的可能性上將派上用場。

然而，這項技術也有黑暗的一面。研究人員認為，量子計算機可以徹底瓦解我們所知的計算機安全。在如此強大的數據處理能力下，任何代碼的分析時間都不會超過片刻。這就意味著，量子計算機可以在一秒鐘內讀取TB級的數據，從而破解密碼。

人大附中物理老師李永樂科普拜占庭將軍問題和區塊鏈:5月14日，人大附中物理老師、科普視頻網紅李永樂在其公眾號發布視頻《拜占庭將軍問題是什么？區塊鏈如何防范惡意節點？》。李永樂老師在視頻中對拜占庭將軍問題和區塊鏈進行了講解，他表示，拜占庭將軍問題本質上指的是，在分布式計算機網絡中，如果存在故障和惡意節點，是否能夠保持正常節點的網絡一致性問題。在近40年的時間里，人們提出了許多方案解決這一問題，稱為拜占庭容錯法。例如蘭波特自己提出了口頭協議、書面協議法，后來有人提出了實用拜占庭容錯PBFT算法，在2008年，中本聰發明比特幣后，人們又設想了通過區塊鏈的方法解決這一問題。區塊鏈通過算力證明來保持賬本的一致性，也就是必須計算數學題，才能得到記賬的權力，其他人對這個記賬結果進行驗證，如果是對的，就認可你的結果。與拜占庭問題比起來，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

例如，銀行交易及信息是在RSA算法的幫助下加密的。要破解RSA，普通計算機需要幾百年甚至幾千年的時間，然而量子計算機則可以在幾分鐘之內破解RSA加密技術。

人民數字FINTECH推出區塊鏈科普動畫:人民日報數字傳播發布微博稱，人民數字FINTECH出品《趣味科普|區塊鏈動畫》。[2020/3/31]

IBMQ歐洲大使MarkMattingley-Scott在闡述量子計算機的研究進展時說：“我們現在已經到了擁有且能夠使用量子計算機的階段。我們能夠對它們進行編程，而且正在尋找一種方法，使它更加工業化、且穩定強大。我們正在學習如何為它們編寫算法，也在研究不同類型的量子計算。”

Mattingley-Scott確信，人類已經為這樣的機器做好了準備。他還認為，我們也為后果做好了準備。

量子計算機的運作原理

量子計算機與傳統的計算機不同，它不是以比特或字節，而是以量子比特，即qubits來運作的。這種技術使得計算機處理速度提高了數百倍。

此外，量子計算機的硬件也比前代產品更復雜。與傳統的計算機相比，它有更多的部件，而且必須不斷地進行過冷處理。

動態 | 央行官微舊文重發“再科普”：范一飛詳解數字貨幣:據中國經濟網消息，今日，央行官微公眾號頭條重新發布央行副行長范一飛在2018年1月25日題為《關于央行數字貨幣的幾點考慮》的文章，對央行數字貨幣再次進行科普。同時，微信公眾號第二條發布支付司副司長穆長春8月10日在第三屆中國金融四十人伊春論壇上的演講。近年來，各主要國家和地區央行及貨幣當局均在對發行央行數字貨幣開展研究，新加坡央行和瑞典央行等已經開始進行相關試驗，人民銀行也在組織進行積極探索和研究。[2019/8/21]

市面上的量子計算機

量子計算機的原型出現在20世紀末。2019年秋天，谷歌提出了他們的最新發展，并展示了量子計算的巨大可能性。

NASA的一項實驗表明，這臺機器需要3分20秒才能完成的計算，對于當時最強大的傳統超級計算機而言，則需要1萬年。

出于未知的原因，NASA刪除了他們的報告，但《金融時報》的記者卻保留一份副本。

2020年12月初，一種新的、更強大的量子計算機“九章”問世了。它是由一群中國科學家在著名物理學家潘建偉的領導下創造的。

根據《科學》雜志上其實驗結果顯示，該量子計算機的生產力比谷歌的計算機高出百億倍，而比傳統的超級計算機則高出100萬億倍之多。

動態 | 浙江衛視節目科普支付寶區塊鏈防偽溯源產品:昨日，在浙江衛視播出的科普綜藝欄目《智造將來》現場，支付寶首次展示了支付寶區塊鏈防偽溯源產品，以接地氣的方式公開向大眾展示區塊鏈在生活中的應用。[2019/3/4]

但研究人員并沒有透露這種級別的量子計算機的價格。

量子計算機在政府服務中的應用

新型量子計算機的研究人員認為，這臺機器的誕生已接近于“量子至上”。一臺能夠快速解決非常困難的工作的卓越計算機，可以讓國家在從化學、人工智能到大數據分析等多個領域獲得優勢。

“量子至上”意味著計算機可以在合理的時間內完成傳統計算機基本不可能完成的計算。

研究人員解釋說，10萬年前，智人能在進化斗爭中成為戰勝尼安德特人的勝利者的原因就在于，他們有溝通和分享信息的能力。

到了21世紀，人們繼續發展通信，而且已經在量子層面上進行。潘建偉確信，這一領域的成就將成為人類未來進化的基礎。

金色財經獨家分析 監管機構、媒體、業界提示詐騙風險 區塊鏈科普道阻且長:新華社今日發文表示，近來“區塊鏈”類詐騙案件頻發，不法分子以“投資虛擬貨幣周期短、收益高、風險低”為借口，騙取用戶信任并誘使其轉賬進行投資。無獨有偶，同日消息，騰訊手機管家安全專家也提醒此類風險，并從技術上提出防騙建議。在美國，監管機構警示加密貨幣欺詐現象普遍承諾高收益而不披露潛在風險。金色財經獨家分析，不法分子假借新技術之名進行詐騙，一方面是抓住民眾趨利的心理，一方面反映出區塊鏈科普的欠缺。區塊鏈是新興科技和底層技術并有改變社會生產關系的潛力，應該進行系統性的科普教育，當前，部分大學已經開始設置了區塊鏈課程，但對于普通民眾仍然有科普的需求，人們應該了解到系統和正確的知識，不僅要了解區塊鏈的好，也要明確局限和弊端，以在高收益的誘惑下，保持清醒客觀。[2018/4/11]

量子計算機如何成為礦工的敵人

掌握一臺優越的計算機，可以讓一個人或一個團體在網絡中獲得優勢，甚至控制網絡，從而使加密挖礦行業受到威脅。

眾所周知，挖礦需要大功率的設備。加密資產的礦工利用計算機的計算能力來解決數學問題。其中，一些人運行的是傳統計算機，而另一些人則購買了加密挖礦專用的ASIC設備。

誰先解決了數學問題，誰就能獲得區塊獎勵，也就是說電腦越強大，它解決問題并獲得以比特幣支付的獎勵的幾率就越大。有時礦工們會聯合起來，一起解決問題。但唯一的缺點是，利潤需要在礦池成員之間分配。

礦工是分散在全球各地的，而這也是加密領域去中心化的實現方式。?

2020年12月10日礦工前四天的區塊獎勵分配情況。來源：blockchain.com

上面的餅狀圖清楚地表明了，比特幣礦工的活動主要分布在個人和大池子之間。大家都在競爭獲取獎勵的權利，而這也是為什么沒有一個“領跑者”的原因。

礦工在比特幣網絡上所使用的算力總量稱為哈希率。由于競爭帶來的對抗，且大家使用的設備基本相同，所以該領域基本是公平的。

然而，量子計算機的計算能力完全不同。它們可以破壞上述平衡。一臺量子計算機可以輕松占到比特幣51%的哈希率，也可以發起所謂的51%攻擊。也就是說，量子計算機的所有者能夠完全控制加密貨幣市場。

這樣的攻擊行為將破壞網絡的正常運行，并將阻止交易確認。更重要的是，51%攻擊還會帶來“雙花”威脅，并逆轉已經確認的交易。

要想利用普通計算機和ASIC實現這樣的攻擊，則需要大量的資源，包括貨幣和電力。然而，連接到加密貨幣網絡的量子計算機則可以快速、低價地完成這種攻擊。

為什么量子計算機對加密貨幣是種威脅？

搶占比特幣的大部分哈希率，或者其他加密貨幣的哈希率，可能意味著一個加密項目的毀滅。因為只有擁有相當計算能力的用戶或用戶群才能抵御這樣的攻擊。

然而實際上，這種計劃不太可能成為現實。其中的問題是，購買一臺量子計算機并成為加密犯罪分子基本是不可行的。同時，用量子設備攻擊比特幣網絡也可能是致命的。

據Deloitte的分析師表示，量子計算機可以通過利用龐大的計算能力來獲取密碼或代碼從而竊取加密貨幣。更準確地說，調查人員得出的結論是，這種威脅程度將取決于幣的類型。他們認為，至少有25%的比特幣存在著這樣的高風險。?

比特幣量子化漏洞。圖源：Deloitte

英國密碼學公司PostQuantum的CEOAndersonCheng在接受Decrypt采訪時指出，加密社區應該嘗試開發工具來抵御量子盜竊。否則，在他看來，這些機器的破壞力可能會終結比特幣。

一個令人振奮的事實是，目前，美國國家標準與技術研究所(NIST)正在開發后量子密碼學算法。在這個小組的幫助下，理論上，一種加密貨幣將可以分叉成一個抗量子的區塊鏈分支。而這個新的“分支”可以在抗量子算法的基礎上繼續運作。

NIST的成果可能最快會在2022年出現在市場上。但在此之前，加密社區將陷入對未來的“量子不確定性”中。

不管這種風險會有多大，在某些時候，社區也可能會達成共識，認為量子計算機只是給比特幣帶來了太多的風險。

加密社區害怕什么？

最近，一位受歡迎的加密分析師，也就是PlanB的《S2F—ForecastingModels》的作者，在他的讀者中做了一個調查。主要問題是比特幣可能面臨的風險。

據其調查，量子計算機，無論其破壞力如何，都只是第二大擔憂。根據加密社區的說法，比特幣最可怕的威脅是來自當權者的監管壓力。此外，比特幣面臨的其余危險包括：

集中挖礦。比特幣70%以上的哈希值都來自中國,如果政府控制了當地的礦工，那么比特幣網絡就可能會受到威脅。

黑客、漏洞和網絡犯罪。

金融衍生品。

分叉——即BTC的新改進版本。

目前，針對量子計算機對加密領域的影響，加密社區主要可以分為兩大陣營：一派認為量子計算機對數字資產構成了生存威脅，而另一派則認為沒有任何危險。

盡管當前，量子計算機只在大型研究集團和政府的要求下運行，但不排除未來可能會為大眾，甚至犯罪分子所用。

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