比特幣出現危險？量子計算將衝擊虛擬貨幣
比特幣誕生於2009年，但系佢嘅價錢從2010年嘅1美分，漲到依家嘅10000美元以上，八年時間里實現了100萬倍嘅增長。比特幣之所以咁火，因為嚟自區塊鏈技術為其賦予嘅自由性、安全性、公平性，但系喺唔遠嘅未嚟，咁嘅虛擬貨幣機制可能會被完全瓦解，很多人所信仰嘅安全、可靠、堅如磐石基礎，可能會被迅速發展嘅量子計算所摧毀。
量子計算嘅迅速發展超出眾人預期，有預測認為，十年內量子計算將會畀區塊鏈（包括比特幣）帶嚟毀滅性打擊。咁，量子計算機會點樣對區塊鏈造成威脅？又會造成多大嘅威脅？區塊鏈有冇對策抵御呢？
呢就要從量子計算機和區塊鏈嘅原理講起了。
一、量子計算機和區塊鏈
1.量子計算機
簡單嚟講，量子計算機嘅運行單位系量子比特（qubit）而非經典計算機嘅比特（bit）。喺經典計算機中，一個比特嘅值系確定嘅，可能系1，也可能系0。但系喺量子計算機中，一個量子比特嘅值喺觀察之前系唔確定嘅，呢個值有可能系1，也有可能系0，還可以系1和0嘅疊加狀態（superposition），即同時等於0和1。
咁嘅差別有多大呢？拿《火影忍者》舉例嘅話，嗰就系佐助系經典計算機，鳴人系量子計算機，要搵一個嘢，佐助只能自己一個一個地方跑去搵，也許要搵一年。但系鳴人可以分出5個影分身，然後5個影分身再分出5個影分身，分身嘅分身再分身，所有分身都去唔同嘅地方，瞬間搵到嘢，然後分身收回，只剩一個鳴人，攞回嘢，完成。
耶魯大學嘅羅伯特·舍爾科普夫教授（Robert Schoelkopf）講：「當量子計算機擁有50個抑或100個量子比特，而且呢些量子比特能工作得很好，可以做完全糾錯，咁你就可以用呢個量子計算機做更復雜嘅計算工作了。」
量子計算機強大嘅計算能力帶嚟嘅改變將系翻天覆地嘅，甚至將可能會影響國家安全。因此，中科院嘅潘建偉院士曾講：「我相信量子技術喺21世紀嘅重要性可與上個世紀嘅『曼哈頓計劃』相比。」
2.區塊鏈和比特幣挖礦
目前，全世界區塊鏈技術最著名嘅應用就系比特幣，中本聰就系比特幣嘅創始人，接下嚟，我哋就從比特幣嘅概念出發嚟一窺區塊鏈虛實。
依家，我哋可以把區塊鏈想象成一個賬本，每一個區塊中都有呢個賬本嘅一部分，呢一部分賬本嘅完整信息保存在呢個區塊嘅所有節點，呢就系區塊鏈技術嘅去中心化。每個區塊都只有賬本嘅一部分，但系呢一部分會記錄上一個區塊嘅信息，一個區塊連一個區塊，形成區塊鏈。
區塊鏈嘅優勢就在於佢形成了一個信任機制。打個比方，你存了100元存到銀行里，如果黑客黑了銀行，把你嘅錢攞走咗，並且還把數據清除咗，你手上就冇任何信息可以證明你喺銀行有100元嘅資產。但如果換成系區塊鏈，咁就意味着銀行所喺嘅呢個區塊，每一個節點都有完整嘅賬本記錄，也就系講你家鄰居和隔離街大嬸，甚至呢個區嘅每一個居民都有賬本能證明你喺銀行有100元嘅資產。
相比傳統金融領域嘅中心化機制，區塊鏈嘅去中心化使其更加可靠牢固，就算失去一些節點信息，系統依然可以繼續正常運轉，因此區塊鏈被認為系非常安全可靠嘅技術。
咁比特幣挖礦又系乜呢？
基於區塊鏈往下講，中本聰喺2009年提出了比特幣嘅概念，佢規定比特幣網絡中，每過十分鍾將會產生50個比特幣，當總量達到1050萬時（2100萬嘅一半），每10分鍾產出25個比特幣，當總量達到1575萬時，每10分鍾產生12.5個，而當總量達到2100萬時，比特幣將停止增長。也就系講比特幣嘅總量從一開始就被定死喺2100萬個。
而比特幣「挖礦」就系新比特幣生成嘅方式，「挖礦」嘅人被稱為「礦工」，礦工利用計算機嚟解決比特幣網絡中嘅數學問題。第一個解決問題嘅礦工公布答案，計入賬本，同步計入所有節點，呢就叫挖礦掂，獲得比特幣。
區塊鏈嘅機制喺量子計算概念發展之前系十分安全和可靠嘅，至少咁多年了，比特幣冇被黑客黑過。但系喺近年，量子計算迅速發展，超過之前所預想嘅速度，因此有業界人士預測喺十年內，區塊鏈嘅安全可靠將受到嚟自量子計算機嘅巨大威脅。
二、量子計算點對區塊鏈產生威脅？
要理解量子計算對於區塊鏈嘅威脅，首先得從比特幣系統中嘅安全協議講起，比特幣嘅協議涉及兩種類型嘅密碼學，即挖掘過程中使用嘅散列函數（哈希函數）和用於喺區塊鏈上提供數字簽名嘅非對稱密碼術。
礦工們利用其計算能力，使用SHA-256哈希函數為每個區塊計算一個隨機數，呢個過程所得到嘅結果非常容易被驗證，但系很難被搵到。而唔對稱密碼術則用於授權比特幣區塊鏈上嘅交易，成個鏈上嘅每個用戶都會被分配一個公鑰和一個私鑰，呢就系公鑰密碼系統（Public Key）。公鑰密碼系統使用一對密鑰嚟加密信息：可以廣泛共享嘅公鑰和只有密鑰所有者才知嘅私鑰。任何人都可以使用預期嘅接收者公鑰加密消息，但只有接收者才能使用佢嘅私鑰解密消息。
咁嘅非對稱密碼算法，核心系利用橢圓曲線數字簽名算法（ECDSA）嚟生成密鑰，畀定一個私鑰，很容易推導出相應嘅公鑰，但系反過嚟計算困難，呢就系依家比特幣安全嘅原因。
而量子計算機可能會對呢兩道安全防線產生巨大威脅，未嚟量子計算機能很快破解哈希函數，從而壟斷成個區塊鏈。同時，也有預測指出，喺更近嘅未嚟（或許系2027年）量子計算機嘅舒爾算法（Shor』s algorithm）能喺十分鍾（600秒）內破解密鑰。
喺比特幣嘅世界里，用經典計算機挖礦嘅掂率和算力有一定關系，但算力大也並唔意味着就一定能挖到礦（喺你嘅算力冇超過全網絡嘅50%嘅情況下）。挖礦和運氣也有一定程度嘅關系，以走迷宮為例，一個人走得快，如果一條一條試嘅話，佢肯定能最快到達迷宮終點，但系如果一個人雖然走得慢，卻只用一次嘗試就搵到了通往迷宮終點嘅路呢？因此，走得快嘅人唔一定穩贏走得慢嘅人，同理而言，算力大嘅礦工也唔一定比算力小嘅礦工先挖到礦。
就像上便講嘅一樣，挖礦其實就系解決數學問題，搵出哈希函數加密嘅隨機數，但系有可能會有唔同嘅兩個礦工組同時發現兩個隨機數，宣布唔同嘅區塊。呢種情況下，比特幣嘅規則系優先選攞處理更多嘅果個區塊，另一個區塊則作廢。舉個例子，呢就類似於喺一個小區里有51個人講你喺銀行存了100元錢，而49個人講你存了50元。呢種情況下，少數服從多數，銀行認為你存了100元系真，存了50元系假。
從呢個規則嚟進一步解釋「51%攻擊」嘅概念，喺區塊鏈中，如果一個礦工組有着成個網絡中51%嘅算力，嗰佢就能壟斷成個區塊鏈。因為佢永遠會比其他49%算力嘅礦工組更快地處理區塊，佢將得到之後產生嘅所有比特幣。
關於量子計算機將威脅挖礦嘅問題，戴夫士•阿加沃爾（Divesh Aggarwal ）和新加坡國立大學（NUS）嘅研究人員進行了深入研究，並喺2017年10月就此發表了論文。佢哋認為，至少喺未嚟十年內，使用ASIC挖礦嘅速度會比量子計算機快，之不過十年後，量子計算機嘅挖礦速度會飛速增長；其次，面對量子計算機，區塊鏈采用嘅非對稱密碼算法，即公鑰密碼系統會受到更大嘅威脅。
新加坡國立大學嘅研究人員指出，通過使用量子計算機，可以很容易地反過嚟運行用公鑰推定私鑰嘅過程，每個人嘅私鑰都會被量子計算機輕易地推斷出嚟。
量子計算機破解加密簽名所需時間預估 單位：秒，預計2027年只需十分鍾/600秒
同樣嘅，我哋可以把呢個解密過程比喻為走迷宮，經典計算機能做嘅就系一個方向一個方向地走，直到走進死巷，然後回頭選擇走咪嘅路。然而，量子計算機系畀你一個上帝視角，俯瞰成個迷宮，該走邊條路一目了然。
但系量子計算機需要達到一定嘅量子比特才能做到咁嘅程度，外媒Motherboard認為，一個4000量子比特嘅量子計算機或許就可以瓦解區塊鏈，也就系講，邊個人或團隊先做出並應用咁嘅量子計算機就可以解出並驗證每一筆交易。未嚟會產生嘅還未流通嘅所有加密貨幣都會被其壟斷，加密貨幣嘅信任系統將被瓦解。
三、量子計算機嘅發展還處於初級階段
量子計算機嘅發展固然很快，未嚟也可能會畀區塊鏈帶嚟巨大威脅，但系依家量子計算機還處於很初級嘅「玩具計算機」階段。目前，全世界各巨頭僅能做出10個左右達到高保真度量子比特嘅量子計算機，上周中科院發布嘅11量子比特嘅超導量子計算服務，系全世界第二家10量子比特以上嘅雲計算服務。像咁嘅量子計算服務，還唔得被拿嚟解決乜實際嘅計算問題，之不過開發者已經可以用咁嘅雲服務嚟學習量子計算機相關嘅編程知識了。
咁睇起嚟，4000量子比特似乎真嘅離我哋還很遙遠？之不過可能也並冇我哋想象中咁遙遠，因為基於近幾年微軟、谷歌、IBM都喺量子計算領域攞得一系列突破進展，《財富》雜志預測第一個實用嘅量子計算機將喺10年內被造出嚟。
10年以內呢個時間，到底系多久，很多公司都曾預測過，比如微軟曾預測實用量子計算機將喺2025年被造出嚟，谷歌也喺2017年放話講將喺五年內（也就系2022年左右）做出商業化嘅實用型量子計算機。
結語：有影響，但也有對策
量子計算機嘅快速發展已經系一個大趨勢，終有一天將會威脅到區塊鏈，但似乎區塊鏈嘅很多專家們未警惕起嚟。據《財富》雜志報道，喺2017年11月嘅Crypto 2017會議（頂尖嘅區塊鏈密碼技術人員會議 ）上，全球「冇人擔心」量子計算風險。一位專家表示，呢將系一個「非常昂貴嘅操作」，可能需要「政府級」支出。
而另一位專家，完全嘲笑呢個想法，佢直擺手講，等到實用量子計算機出嚟陣，公鑰密碼系統已經發展到唔使擔心量子計算機嘅程度了，所以呢個問題根本無關緊要。
但系呢些專家們都有一個相同嘅觀點，嗰就系量子計算嘅出現將危及所有現有加密方法（包括RSA令牌）嘅安全性。另外，量子計算機將影響金融和銀行業嘅安全，不僅僅系區塊鏈。
與此同時，也有相關機構對此極為重視，比如喺2015年，美國國家安全局宣布系度研究量子密碼系統，即可以抵御量子計算嘅加密系統。在學術界，也有密碼學專家系度研究量子密碼學，並且已經有了實施量子密碼學嘅區塊鏈項目。
目前，可能邊個都無法准確預測實用量子計算機誕生嘅具體時間點，但系積極啲睇嘅話，商用量子計算機嘅誕生可能比我哋預想中要快，因為如今嘅科技發展系加速嘅，而唔系勻速發展嘅。也許喺2018年，量子計算機還喺非常初期嘅階段，實用量子計算機嘅發展進度才到5%，但系可能喺2019年，呢個進度就到了10%，而喺2020年，進度或許能達到30%，呢一切都系有可能嘅。
科技一直喺發展，區塊鏈和加密貨幣等新興技術也許都還處喺幼兒期，達到技術成熟還有很長一段路要走，開發人員需要小心喺呢個過程中會出現嘅一系列阻礙，呢其中也包括量子計算。
