量子计算会成为区块链终结者吗？

最近，“谷歌称已实现量子霸权”的新闻在各类媒体上刷屏，据谷歌研究人员称，谷歌的处理器能够在3分20秒内，完成目前全球排名第一的超级计算机Summit需要一万年才能完成的计算。一时间，量子计算再次吸引了人们的关注，并且对区块链的未来命运产生了质疑。

大数据与“暴力计算”

在我们日常的生活中，经常会出现一个现象，很多人的手机用了一年左右可能就会变慢，甚至出现卡顿，究其原因在于手机里的软件不断更新，新软件运行起来需要更强大的算力支持，而手机的硬件却原地踏步。

在信息化时代，算力能力的提升与应用能力的提升互为促进，对此，安迪—比尔定律很好地概括了IT产业中软件和硬件升级换代的关系，原话是“Andy gives,Bill takes away.（安迪提供什么，比尔拿走什么。）”安迪指英特尔前CEO安迪·格鲁夫，比尔指微软前任CEO比尔·盖茨。算力能力的提升为应用软件的发展提供了空间，应用能力的提升又对算力能力提出新要求，算力能力与应用能力因此互为促进。

尤其是云计算、大数据、物联网、人工智能等信息技术的快速发展，存量数据大量增长、算力成本大幅下降，推动了算力能力的提升，与此同时，业务种类的增多，应用软件的爆发，算力需求也随之大幅增长。以人工智能为例，凭借庞大的算力支持，以前很多我们认为靠机器无法解决的问题，现在都找到了解决方法，比如语音助手、自动驾驶，甚至是内容创作，都可以靠人工智能实现。

相比人类思维通过逻辑推理寻找答案，人工智能改变了解决问题的基本范式，依靠强大的计算能力把可能的答案都挨个进行试错，最后得到正确答案，就像谷歌的围棋人工智能“阿尔法狗”，就是自己和自己下围棋，进行了无数次的试错，最后才战胜了人类的顶尖棋手。所以，现在也有专家把人工智能解决问题的方式叫做“暴力计算”。

这种解决方案虽然强大，但它的问题也很突出，就是对算力资源的要求，呈指数级上升。据智研咨询统计，2015年全球物联网连接数约60亿个，预计2025年全球物联网连接数将增长至270亿个，物联网设备数量将达到1000亿台。连接数的急速增长，一方面意味着海量数据的产生，另一方面，连接设备往往还需要进行智能计算，即产生相应的算力需求，如何维持更大范围的“暴力计算”，对于未来信息产业提出了新的挑战。

量子何以有“霸权”

在人类的历史上，每一次的科学革命往往都会带来产业革命，牛顿力学带来了蒸汽机为代表的工业革命，电动力学带来了电力技术为代表的电汽革命，爱因斯坦的相对论和普朗克的量子论则催生了信息技术革命。

在过去几十年，信息产业一直有一个公认的定律，就是“摩尔定律”，按照这个规律微处理器的性能每隔18个月就会提高一倍，而价格下降一半。在摩尔定律的指引下，各种计算设备的算力也在突飞猛进，并且带来相关产业的不断创新。为保持算力增长需求的发展，一方面把每个运算单元做小，这样就可以在单个处理器中放入更多的运算单元，使得单个处理器的算力更强大；另一方面增加处理器的数量，按照这个逻辑做出了从2核处理器到4核处理器，再到8核处理器等。

但是现在，这两种方法都遇到了困难；首先是现在运算单元已经小到了纳米的尺度，这已经逼近了物理的极限，在变小会带来性能的极不稳定；其次，通过增加处理器数量的方法来提高算力看似没有物理极限的约束，并且华为的人工智能训练集群甚至用到了1024个处理芯片，每个芯片又有32个处理核心，从而实现了全球最快的人工智能训练速度，而这背后却是用更多的运算资源去交换更强的算力，这不但会消耗更多的电力和空间，还需要有更多额外算力去协调，势必严重限制了算力提升的速度。

相比之下，我们又正处在一个大数据时代，全球数据量每两年翻一番，人类现有的算力能力难以满足算力增长需求，甚至逐渐出现“量子焦虑”。好在量子力学在百余年的发展中，已经为解决这些重大问题做好了准备，量子计算可以比普通的计算要快很多，而且高效得多，这也是很多人关注量子计算的原因。

要知道，量子计算机所使用的计算方法，比目前计算机通用的二进制计算法更高级。它的运算能力，也超越现在世界上最顶级的超级计算机。同样1个存储位，量子计算机能存储比普通计算机更多的数据；更重要的是，量子计算机还可以用数学方法同时操作这些海量数据，节省了运行时间，极大地提高工作效率，也使得量子计算机在核爆炸的模拟、密码破译等领域，优势非常突出。所以，量子计算机是新概念、高性能计算领域公认的发展趋势。

目前，各国和科技巨头也均在借此争夺“量子霸权”。从2013~2018年政府投入来看，欧盟、美国、中国对量子计算的发展均非常重视，中国政府共投入了近40亿元人民币进行相关科研，还计划在2020年建造完成一个庞大的量子计算应用研究中心；企业层面，IBM、Google、Intel、Microsoft等科技巨头以及QuTech、中科院等科研机构争相布局，D-Wave、ionQ、Rigetti Computing、Quantum Circuits、Quantum Diamond Technologies等创业公司也通过自身的技术积累和商业化布局逐步获得投资方认可。

量子计算能革区块链的命吗？

Google将这项成就描述为“迈向全面量子计算的里程碑”，并预测量子计算能力将以“双指数速率”扩展，超过摩尔定律数十年来描述的指数速率。表面上看，这项技术听起来有可能摧毁我们珍视的一切，首先会打破比特币的神话。其实关于比特币的量子威胁论由来已久，早在2017年就有人提出量子计算机的强大计算能力将会在10年内攻破比特币的安全性。

然而，量子计算对比特币“死亡”的预测其实被极大地夸张了，量子计算很难在短期内对区块链进行彻底的“革命”。

一方面，量子计算机和比特币的关系并不是矛与盾的关系，并且比特币用的加密算法和哈希算法都是国际上通用的算法，和银行、支付宝以及所有保密系统用的算法都是一样的算法，如果量子计算机可以破解比特币的算法，那么银行系统、密码系统一样会被破解，为了防止这种攻击，已经有许多种应对方法了。大家不会让量子计算机把全世界加密系统破解的，而比特币在设计上也可以直接更换算法，只要此威胁真的存在，那么达到百分之95共识之后直接更换新加密算法就可以了，并且随着BTC挖矿芯片的一代代改进，BTC的全网总算力也会越来越高，安全性也会越高。

另一方面，BTC通过ECDSA（secp256k1 曲线）生成公钥和私钥，通过SHA256实现工作量证明机制以及通过公钥计算出地址。量子计算机和传统计算机一样，需要精心设计的算法完成特定的计算任务，由于与传统计算机的架构迥然不同，其算法也需要重新设计，目前能够有效破解ECDSA的量子算法是Shor算法。因为量子计算机仍然缺少有效破解SHA256的算法，尽管算力提高了10亿倍，找出一个哈希碰撞所需要的时间仍然要数十年。而没有发送过交易的BTC地址不会暴露自己的公钥，因此能够抵抗量子计算机的攻击，私钥并不会被破解。

此外，虽然量子计算很神奇，但人们的实际操控能力还很弱，只能说还在尝试理解的阶段。谷歌的系统，距离稳定生产和商业应用，同样也有很长的路要走。在国际上，IBM的研究部主管达里奥·吉尔也质疑谷歌声称已经实现量子霸权的言论是错误的，他认为谷歌的系统是专门用于解决单个问题的专用硬件，没有证明通用性。

所以，量子计算能带来一定的算力“霸权”，甚至对于现有的算力发展带来一定的颠覆，但是攻防之间其实都在快速进化，区块链作为密码学的集大成者，短期来看很难被量子计算轻易“革命”，况且量子计算的成熟度连区块链都不如，二者正面对决依旧遥遥无期。