量子计算可能威胁区块链的方式

即使区块链技术作为一种新颖的创新出现，数字资产——如加密货币和非同质化代币（NFTs）——以及由其驱动的去中心化应用（DApps）生态系统，都面临着量子计算带来的挑战。量子计算以惊人的速度发展，利用量子力学原理制造能够解决经典或二进制计算机被认为过于复杂的问题的计算机。

作为即将来到的计算时代被营销，注定要超越超级计算机（即表现出比传统计算机显著优越性能的经典计算机），量子计算机由于其计算优势，有可能质疑现有的安全规范。它们解决高度复杂问题的能力也可能危及区块链技术的不可变性这一普遍认知。

量子计算具有破坏数字安全协议的潜力，可能会帮助恶意实体策划针对加密货币和各种区块链应用的攻击，尽管该技术仍处于初始发展阶段。 

因此，理解量子计算机为何如此强大，并辨别它们未来如何危及区块链驱动的应用，变得至关重要。随着全球加密生态系统处于主流接受的边缘，开发人员和企业家必须在密码算法方面探索未知领域，并创新以减轻来自量子计算的威胁。

量子计算机的工作原理 

量子计算机与其经典或二进制对应物之间的主要区别在于它们利用状态来表示复杂计算中数字的方法。经典计算机使用位以二进制形式（0或1）编码信息，而量子计算机利用量子位，或“量子比特”，利用量子叠加和纠缠等属性同时表示多个状态。

考虑表示0到255之间数字的基本示例。经典计算机需要八个位来表示此范围内的任何数字。相比之下，量子计算机可以使用八个量子比特同时表示所有256个数字。

这一特性使量子计算机能够考虑许多组合，并以远超最先进超级计算机能力的速度执行复杂计算。利用在冷却到零度以下温度时对电子流动表现出极低电阻的超导元件，量子计算机本质上对热量、电磁波甚至空气暴露敏感，导致在次优环境中出现计算损失。

因此，除非在制造适合日常使用的量子计算机方面取得重大进展，否则即将到来的计算时代可能确实介于当前经典计算机的能力与先进的量子计算机之间。

IBM设计了其Quantum System One，这是一个集成的量子计算系统，拥有127个量子比特处理器。然而，随着量子计算以惊人的速度发展，实现1,000个量子比特的量子计算机并非遥不可及。

IBM预计将在2023年推出1,121个量子比特的量子计算机处理器，预计这将使工业规模应用成为可能，并提供远超世界上最强大超级计算机的计算能力。

加密货币是否容易受到量子计算攻击？

anticipating 纯量子计算设备在市场上的出现，即将到来的计算浪潮可能会由量子增强超级计算机主导，结合经典和量子工作流程。

这些设备可能拥有50到1,000个量子比特的计算能力，特别是考虑到2022年11月9日发布了433个量子比特的IBM Quantum Osprey，这距离127个量子比特的Eagle处理器发布不到一年。

鉴于当今量子计算机的巨大实力及其有限的可用性，人们很容易推断出，在量子计算机对加密货币构成切实威胁之前，还有充足的时间。

尽管潜力巨大，除非开发出先进的错误抑制技术并在不伴随问题的情况下提高计算速度，否则实现量子优势仍将遥不可及。

即使探讨量子计算成功克服支撑加密货币的密码学的情况，也需要天文数字般的计算能力来发起存储攻击，其中具有公钥的钱包地址被瞄准以窃取其中的资金。对于以太坊网络这样的区块链，执行此类存储攻击需要超过1,000万个量子比特的计算能力。

在传输攻击的情况下，恶意行为者利用巨大的量子计算能力在区块时间内劫持交易的控制权，规模要大得多，因为它涉及针对所有节点。然而，由于必须在向区块链网络添加新区块之前进行攻击，攻击者被限制在几分钟内完成比特币的传输攻击，几秒钟内完成以太坊的传输攻击。

需要数十亿个量子比特的量子计算能力才能成功实施此类攻击，区块链开发人员有充足的时间构思和实施新的、对量子攻击免疫的密码签名算法。

比特币是否面临量子计算机盗窃的风险？

打破保护比特币的加密需要部署巨大的量子计算能力，并且所有这些能力都由协调盗窃的单一实体控制。

萨塞克斯大学的研究人员指出，需要拥有19亿个量子比特处理能力的量子计算机才能在10分钟内渗透比特币网络。这种情况意味着黑客需要动员数百万台量子计算机——这在不久的将来似乎是不现实的。

如果以较低的计算能力部署，执行攻击将指数级延长所需时间，提供充足的机会来禁用受影响的节点并恢复网络。虽然存储攻击看起来更可行，但包括比特币在内的加密货币将不可避免地需要启动对底层区块链协议的修改，以应对这些可能性。

虽然这种策略可能仍然使比特币钱包容易受到未来攻击，但这些修改显然比引入新的密码算法更容易实施。比特币目前采用椭圆曲线数字签名算法（ECDSA），这是一种密码方法，具有单独的签名和验证算法，利用用户的私钥、公钥和签名来确保资金只能由他们花费。

然而，公共区块链需要主要用户达成共识才能批准对其协议的任何修改，这意味着即使对比特币协议进行修改也可能需要比预期更多的时间。认识到对量子 resistant 软件和密码解决方案的迫切需求，加密领域的众多项目正在积极追求这一目标。

在量子计算渗透主流的时代，比特币的未来可能需要过渡到更先进的、量子 resistant 的分类账系统，这一切都由开创性的密码算法协调。

量子计算是否意味着加密货币的终结？

量子计算机无疑将通过协助分子模拟、促进节能材料和更强大药物的开发以及增强催化剂来革命化各个部门，从而可能使许多制造业受益。

尽管量子计算机的基本动机是解决全球最棘手的问题，但这些机器可能被恶意实体利用，在公共区块链和加密货币网络上制造混乱。

回答量子计算面前区块链的持久性问题，需要技术在未来十年内演变为量子 resistant 的分类账系统。这种演变是必要的，主要是因为量子计算机可能在未来10-15年内积累足够的力量来攻击加密货币。

一种可能的解决方案是增加密钥大小，但作为对抗不断增强的量子计算机的对策，永久加倍密钥数量的可行性尚未确定。

创新的密码理论，如基于格密码学——其中数学噪声被集成到加密中以迷惑量子计算机——以及基于数学问题的量子 resistant 算法，正在成为潜在的前进道路。

后一种方法被设计成能够阻碍经典计算机和量子计算机，从而在两个计算领域保持其相关性和安全性。无论加密货币是否采用结构化晶格或基于哈希的算法，关键因素将是永远超越量子计算机的能力。

因此，虽然量子计算目前并未对其现有形式的加密货币构成直接威胁，但需要统一的努力来引入一系列修改，以保护去中心化治理结构免受量子超级计算机迫在眉睫的威胁。

量子计算机是否会扰乱工作量证明（PoW）挖矿？

许多流行的加密货币，包括比特币，都依赖工作量证明（PoW）挖矿来加强其基础区块链协议的安全性。PoW方法要求网络参与者，称为矿工，参与竞争，成为复杂数学难题的首要解决者，从而验证区块链上的新交易。加密货币——称为区块奖励——授予这场计算竞赛的获胜者。

未来，量子计算机有望比传统挖矿设备指数级地加速挖矿难题的求解，使具备量子计算能力的实体能够大量积累挖矿奖励。此外，这使他们有可能通过控制网络大部分算力来主导交易验证过程，这种情况被称为51%攻击。 

虽然一些研究人员认为量子计算机至少在2028年之前才可能切实可行地对比特币发动51%攻击，但新出现的证据表明此类事件可能会更早发生。

结论

量子计算与区块链技术的交汇揭示了网络安全和数字资产领域的一个新战场。量子计算机凭借其强大的计算能力，既是区块链技术和加密货币前所未有的盟友，也是潜在的对手。虽然它们有望解决各个领域中一些最复杂的问题，但其破坏当前安全加密系统的能力是不容否认的。 

因此，区块链和加密货币在量子主导的未来能否生存，取决于密码算法和安全机制的主动演进，以抵御量子机器的强大能力。未来十年需要开发人员、密码学家和行业利益相关者共同努力，创新、适应并保护去中心化数字资产免受新兴量子威胁，确保加密货币和区块链技术在量子计算交织的未来中持续可行和安全。