史上最強攻防戰 量子區塊鏈與量子計算機的相愛相殺

文/張宇

在科技發展日新月異的今天，區塊鏈、比特幣、以太坊等等諸如此類的辭彙早已在社會上廣泛傳播開來。隨著區塊鏈技術的發展，市場上出現了不勝枚舉的各種虛擬貨幣。目前能統計到的市場上共有24351種各不相同的虛擬貨幣。全球很多投資人紛紛將自己的眼光看向了這些貨幣。

那麼這些貨幣到地因為為什麼會受到大家的狂熱追捧？

01

區塊鏈的優勢

究其原因可以總結為兩個字：信任。

信任這兩個字說起來容易，做起來可是相當有難度。從人類誕生到現在，人類文明儘管已經高度發達了，但依然做不到相互之間百分之百的信任。

無法做到完全互信，那麼在交往、做生意的過程中就會有上當受騙導致個人利益受到損失的情況。而區塊鏈技術的出現則彌補了這一缺陷。比特幣誕生於2008年美國次貸危機的末期。在比特幣白皮書，即中本聰的論文《比特幣：一種點對點的電子現金系統》中，還沒有「區塊鏈」這個詞，只有「區塊」（Block）和「鏈」（Chain）。七年之後，以2015年10月美國《經濟學人》雜誌發表的《信任的機器》（The Trust Machine）的封面文章為標誌，大家意識到，作為比特幣底層技術的「鏈」，其價值遠大於比特幣本身。區塊鏈可以讓人們在沒有中央權威機構監督的情況下，對彼此的互相協作建立起信心。簡單來說，它是一台創造信任的機器。華爾街開始熱捧區塊鏈。但是，這個技術組合，並未顛覆現有業務，而是引入了新的思想，去改善和改造現有業務模式，從而為大眾提供更好的、普惠的服務。

由於區塊鏈是一種分散式資料庫，允許各方就共享數據達成共識，而無需中間人。

基於區塊鏈，用戶得以在擁有數字身份的同時維護自身隱私，並且只允許特定組織或個人訪問、儲存、分析或分享個人數據。

僅僅是區塊鏈的基本結構，不加上基於此的任何應用和平台，區塊鏈就可以增加數據安全性。從整體安全形度考慮，區塊鏈的零信任本質就意味著用戶無需依靠第三方來完成交易。最重要的是，從數據角度看，區塊鏈上發生的一切都是加密的。黑客悄悄篡改區塊鏈上數據而不被他人發現這種事絕對不可能發生。

因此，區塊鏈技術以及區塊鏈技術下的各種數字貨幣廣受各個投資人以及機構的青睞。

所有人都相信，區塊鏈技術在當前算力情況下是無法被攻破的。但是4月22號的美鏈BEC被黑客入侵導致損失慘重，也從側面說明區塊鏈技術並不是無懈可擊的。事實上也的確如此。理論上，區塊鏈能夠安全的核心就是超級複雜的加密演算法讓普通計算機沒有足夠的能力破解。

這其中涉及到一個51%攻擊問題的概念。從原理上看，只要能控制全網50%以上算力，攻擊者將可以修改賬本和阻止他人挖礦，從而威脅到整個系統安全。

但是，也許區塊鏈技術的破解對於經典計算機來說是幾乎不可能的，但是一個新概念的出現，打破了這一現狀。

02

量子計算機的出現

量子計算機，是隨著技術的進步的人類有一大偉大的發明。我們正在使用的計算機（統稱之為：經典計算機）的操作嚴格遵守著邏輯法則。但是微小的量子物體，比如電子、或光子等，可以打破這些規則。

基於這些打破經典的量子規則，量子計算機的想法就此孕育而生，它以一種全新的方式處理信息。使它們的運算速度在某些方面相比經典計算機要呈指數增加。

經典計算機和量子計算機的根本區別在於它們解決問題的方式。

經典計算機解決一個問題的方式就類似於你試圖逃離一個迷宮——嘗試所有可能的走道，途中會遇到死路，直到你最終找到出口。而疊加態的魔力則在於，它允許量子計算機在同一時間嘗試所有的路徑，也就是說，它會迅速的找到一條捷徑。

相傳古代的印度國王要獎賞國際象棋的發明者，問他需要什麼。發明者說：陛下，在國際象棋的第一個格子裡面放1粒麥子，在第二個格子裡面放2粒麥子，第三個格子放4粒麥子，以後每個格子中的麥粒數都是它前一個格子中麥粒數的二倍，依此類推(國際象棋棋盤共有64個格子)。請將這些麥子賞給我，我將感激不盡。國王想這還不容易，就讓人扛了一袋小麥，但不到一會兒就沒了，最後一算結果，全印度一年生產的糧食也不夠。這便是指數級增長的力量。

就像上面的每一個格增加一倍的米量，量子計算機在工作中產生的量子比特都能讓計算機處理問題的能力翻倍。三個量子比特可以同時代表8（= 23）種狀態；四個量子比特則可以同時代表16（=2?）種狀態。64個呢？你會得到18,446,744,073,709,600,000（=2??）的可能！

這意味著量子計算機在面對複雜的計算是能夠短時間內做出正確的判斷，如果說用經典計算機同時計算一萬億個問題需要1年，那麼量子計算機計算一萬億個問題只需要0.1秒

量子計算機擁有無窮無盡的算力。遠遠超過區塊鏈中51%算力的佔比。因此對比特幣等加密貨幣構成重大的安全威脅。

但俗話說，道高一尺魔高一丈，隨著量子計算機的出世，在世界範圍內已經有個人或者團隊開始致力於如何抵擋量子計算機的入侵。

03

彼之砒霜，吾之蜜糖。

在一項最新研究中，科學家提出了一個「量子區塊鏈」的概念設計，或許能讓區塊鏈系統免受量子計算機黑客的攻擊。

2017年5月25日，俄羅斯量子中心和俄羅斯科學院的研究人員測試了首個量子區塊鏈系統，並在俄羅斯最大的銀行——Gazprom銀行成功進行了演示驗證。該系統將量子加密技術引入區塊鏈，能夠監測任何干擾和竊聽，確保信息安全穩定傳輸，彌補了當前區塊鏈系統有可能被量子計算機破譯的漏洞，成為目前理論上不可攻破的網路安全體系。

新的編碼程序可以被詮釋為非經典地影響著過去；因此這種去中心化的量子區塊鏈可以被視作為一個量子網路化的時間機器。量子區塊鏈理論上依賴於量子糾纏。當兩個或兩個以上的粒子（如光子）糾纏在一起時，無論相距多遠，它們都可以產生瞬時的相互影響，愛因斯坦將這種現象稱之為「鬼魅般的超距作用」。

量子計算機和其他量子技術通常依賴於空間上的糾纏。但新的量子區塊鏈依賴的則是時間上的糾纏——也就是說，兩個或多個粒子通過糾纏連接在了一起，無論在時間上它們相隔多遠。

經典的區塊鏈將收集到的數據放入區塊中，並使用加密演算法將每個區塊按時間順序連接在一起。如果黑客試圖篡改某個特定的區塊，那麼其加密設計會在該區塊被篡改之後，使該區塊之後的所有區塊失效。

在量子區塊鏈中，區塊中的記錄被編碼為一系列彼此糾纏的光子。這些區塊通過時間糾纏按時間順序連接。由於構成量子區塊鏈的區塊會在由量子計算機構成的網路之中相互傳輸，編碼每個區塊的光子得以被創建、再被組成網路的節點吸收。然而，糾纏將這些光子在時間尺度上連接起來，即使是沒有同時存在過的光子。

黑客不能篡改過去的任何光子編碼記錄，因為這些光子在當前時間之內不再存在——它們早已被吸收。黑客最多能做到的就是試圖篡改最新的光子（即最近的區塊）。而成功執行這樣的操作將使該區塊無效，從而告知其他區塊——它已被黑客入侵。該項研究的執行人員Rajan說：「從理論上來說，這比標準情況下攻擊者能夠篡改任何區塊的情況安全性更高。」

-END-

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