区块链项目评论系列之八——量子计算机对区块链行业的影响

    自从2017年以来，去中心化加密货币的发展呈爆炸之势，截止目前为止，可在主流交易所买到的加密货币，已经接近1500种。本人也一直在关注加密货币，对其进行了一点粗浅的研究。加密货币项目非常多，鱼龙混夹，良莠不齐。我在诸多加密货币项目中，挑选了一些各有特色的项目，试图做一些评估分析，形成一个系列。如果时间充裕，大概每周会写一到两篇文章。这些文章都是我本人原创，说得不对的地方，请方家指正，也欢迎各位讨论和转发。转发请注明作者和出处。

互联网创业者 梁金华

       本周事情比较多，没怎么看项目，今天不点评项目了。我们聊一个宽泛一点的话题——量子计算机与区块链安全。其实这两个都挺高深的。本人对两者都不太了解。说的不对的，欢迎批评指正。

        量子计算机并非一个科幻话题，一般认为，10到20年内，量子计算就能投入实用。量子计算机的计算是并行的，这个特性意味着，随着量子比特数的增加，量子计算的计算能力以指数级别增加。不过，也不是说，量子计算机来了，现在的电子（经典）计算机都会被淘汰。今天经典计算机干的，到那时候，估计也是该干啥干啥。这是因为量子计算机对运行环境要求很苛刻，而且，量子计算机只是对部分计算特别在行。其中最最重要的，就包括有密码的破解（主要是非对称密码）。而密码学，正是区块链的技术理论基石之一。

     区块链的设计主要在两个环节用到了密码学知识。一个是公钥私钥系统用于身份识别和数字签名。一个是对区块进行哈希计算。这两个环节，分别对应了两方面的事情，一个是用户账户安全，一个是挖矿。

     1、账户安全。我们的账户是怎么来的呢？以比特币为例。

        （1）选择一个256bit的随机数作为自己的私钥，

        （2）通过椭圆形曲线算法spec256k1，将私钥转换为公钥。

        （3）对公钥做哈希，并做部分裁剪，形成账户地址。

         以上计算过程，可以在任何电脑上进行，无需有人给你授权账户。

        其中，私钥是用户自己掌握的，掌握了私钥，就掌握了账户。而地址是完全公开的，公钥在发起转账的时候，也会被公开。椭圆形曲线算法是一个密码学技术，这个技术使得从私钥计算得到公钥是非常容易的，从公钥反推私钥，则极度困难。一般来说要做大量的尝试。如果要用现在的经典计算机来穷举，估计要算到宇宙毁灭还算不出结果（计算量为2的128次方次量级）。但如果用量子计算机，最乐观的估计认为，2027年后，量子计算机使用Shor算法，能在数十分钟内攻破私钥（计算量为128的3次方次量级）。也就是说，如果其他条件不变，那个有量子计算机的人，将可以任意支配你的比特币账户（还有以太坊）。

        对策有没有呢？有的，例如，约定每个发起交易的地址，都只用一次，或，改为使用Lamport算法来签名交易。不过这些替代算法自身也有一点问题。目前似乎还没有看到一个公认觉得非常好的方法。

     不过，如果因此看衰区块链技术，也大可不必。因为同样的非对称个加密算法，不仅进用在区块链上，还用在银行系统以及互联网等领域。这些领域的安全级别，甚至不一定要比区块链要高。如果说量子计算威胁到了区块链账户的安全，它也同样威胁到你的银行账户，甚至，今天上网用到的大量服务，都不再安全。相信在量子计算机大规模应用之前，作为这个世界的基础设施的密码体系会有一次整体的升级。

     2、挖矿

     我们先看一下挖矿是怎么回事。以比特币为例，比特币的底层是区块链，区块链（blockchain）其实是一种数据结构，区块链上有很多block，block每10钟出一块。上面记录了这10分钟里面的交易信息。后面的block，会指向前一个block，直到创世block。挖矿其实是各个矿工（机器）对出块权的争夺。

     （1）矿工记录接收到的交易。写在block上

     （2）寻找一个数字，这个数字能够使得这个block的sha256哈希落在某个区间上。

     （3）如果找到了，挖矿成功。则向其他矿工广播block，接着挖一块；如果在挖的过程中，就收到了其他矿工已经挖矿成功的消息。则校验并接受别人的block，立刻转挖下一块。

      其中的关键算法，是sha256，对于经典计算机来说，矿工为了找到这个数字，可能要做2^256次尝试。对与量子计算机来说，使用Grover算法，要做2^128次尝试。虽然比2^256小很多，但仍然是一个很大很大的数字。量子计算机并不能对现在的ASIC矿机造成碾压的态势。不过，量子计算机加入挖矿大军，将引起新一轮的矿机军备竞赛。到时候，恐怕也只有极少数人能拥有量子计算机，这时候，挖矿的权力将进一步集中。事情的发展，恐怕将越来越偏离中本聪的设想。

       以上分析，只适用于POW（基于工作量的证明）挖矿，不过现在的趋势是新的公有链都在放弃POW，使用POS（基于权益的证明），DPOS（代理POS）等算法。POS算法的核心思想是谁钱多，谁的投票权就大，谁就更有权力出块。这样就大家都不用费力气找那个数字了。自然也不会受到量子计算机的影响了。

     总的来说，量子计算机出现后，区块链不是说就不能活了，但肯定要做出改变。这些改变，有可能牵涉行业中很多人的利益。

     目前，政府（中国，美国）、大公司（阿里，谷歌）、著名基金（文艺复兴，DE Shaw）都在向量子计算机领域投入大量的资金。

文/梁金华

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