比特幣:谷歌最新量子計算機能破解比特幣嗎？錢包還安全嗎？

最近，“谷歌稱已實現量子霸權”的新聞在各類媒體上刷屏。

“量子霸權”又被稱為“量子優勢”，指量子計算機相比于目前的計算機具有碾壓性的優勢，即在未來的某一時刻，功能非常強大的量子計算機可以完成目前的計算機幾乎不可能完成的任務。

在論文中，谷歌研究人員稱，谷歌的處理器能夠在3分20秒內，完成目前全球排名第一的超級計算機Summit需要一萬年才能完成的計算。

量子計算機，來源：MITTechnologyReview

這引起了不少加密資產持有者的擔心，擔心比特幣等加密資產是否還安全，會不會輕易被量子計算機破解？

谷歌母公司Alphabet CEO計劃投資區塊鏈和Web3:2月7日消息，在 2021 年全年和第四季度財報電話會議上，谷歌母公司 Alphabet Inc. 的首席執行官 Sundar Pichai 表示，該公司正在監控區塊鏈行業和 Web3 的發展，許多科技公司都在涌入該領域并擁有數億美元的投資，Alphabet 可能很快也會效仿。

Pichai 在財報電話會議記錄中還表示，在 Web3 上，Alphabet 肯定會關注區塊鏈，如此有趣和強大的技術，其應用范圍比任何一個應用程序都要廣泛得多。因此，作為一家公司，我們正在研究如何為生態系統做出貢獻并增加價值。此外，Alphabet 的云團隊還正在研究如何支持客戶在基于區塊鏈的平臺上構建、交易、存儲價值和部署新產品的需求，所以我們肯定會密切關注這個空間，并盡可能地支持它。（Dailycoin）[2022/2/7 9:35:52]

這里先說結論：至少目前階段大家不需要擔心，即便將來通用的量子計算機大規模出現，比特幣也不一定會被“殺死”。

前谷歌工程師Mike Stay協助俄羅斯用戶找回丟失的比特幣錢包私鑰:一名俄羅斯用戶在2016年曾對比特幣進行了大量投資。但由于忘記了密碼，無法取出其比特幣。該用戶在LinkedIn上向前谷歌工程師Mike Stay留言，請求其協助解密一個包含大量比特幣私鑰的壓縮文件。經過反復試驗，Stay成功破譯了密碼，并將私鑰還給了該用戶，后者得意借此訪問其失而復得的30萬美元BTC。（Decryt）[2020/4/5]

接下去，我們說說相關的原因。

比特幣用到的加密算法主要有2種：橢圓曲線數字簽名算法，SHA256哈希算法。其中，ECDSA主要用于私鑰、公鑰的生成；SHA256主要用于公鑰生成錢包地址，以及挖礦時的工作量證明。

谷歌：比特幣是今年最受歡迎的搜索關鍵詞之一:據谷歌最近發布的數據顯示，比特幣可能是今年最受歡迎的搜索關鍵詞之一。這家搜索巨頭詳細列出的“2017年搜索熱度”，其中展示了2017年一整年的搜索趨勢，比特幣赫然位列“全球新聞”搜索類別下的第二名，其搜索量甚至高于今年的一些熱門新聞事件，包括拉斯維加斯槍擊案以及今年萬眾矚目的日食。 同樣，“如何購買比特幣”也占據了“如何…”這一搜索類別的榜單第三位。[2018/1/2]

量子計算機會威脅到ECDSA的安全性。1994年，設計出了專門用來分解因數的Shor算法，足夠強的量子計算機加上Shor算法，可以通過公鑰破解出私鑰。

谷歌發布2017全球新聞搜索排行榜 “比特幣”入圍排名第二:谷歌發布2017全球新聞搜索排行榜，關鍵字“比特幣”入圍排名第二，颶風厄瑪排名第一。[2017/12/13]

當然，量子計算機的這個破解過程也需要花費比較長的一段時間，況且量子計算機的發展也不是一帆風順，剛開始的性能也沒那么強大。

即便量子計算機足夠強大了，也有辦法保護自己的比特幣安全：每次只使用一次性比特幣地址。

這要感謝中本聰當初在設計比特幣的時候，沒有直接將公鑰當作比特幣的收款地址。比特幣的公鑰和對應的地址之間，做了SHA256加密，而目前并沒有可以有效破解SHA256的算法。

舉個例子，如果大白需要給小黑轉1BTC，大白的錢包地址里有3BTC，只要在轉賬的時候，將比特幣的找零地址設為一個自己掌握私鑰的、全新的比特幣地址即可。這樣，轉賬的時候，1BTC進入到小黑的地址，找零的2BTC進入到了大白的新地址。關于比特幣的找零機制和UTXO模型，可以閱讀白話區塊鏈之前的推文《沒有UXTO，比特幣或不能如此穩定運行10年》。

在區塊鏈瀏覽器上查詢這筆交易時，可以看到大白轉出的地址和對應公鑰，小黑的地址，找零的新地址。由于轉出地址用完即廢棄，里面沒有任何BTC，所以即使看到了公鑰，用量子計算機破解出了私鑰也沒關系。

至于暴露的小黑收款地址和找零的新地址，由于量子計算機缺乏有效破解SHA256的算法，無法通過地址破解出公鑰，所以是安全的。

礦機，來源：www.hellobtc.com

那量子計算機會不會對比特幣的挖礦產生影響呢？

現在的計算機符合“摩爾定律”，即計算機芯片的晶體管密度每18個月翻一番，算力增長一倍。但是近年來，晶體管的尺寸逐漸逼近物理極限，計算機算力的指數級增長在放緩，摩爾定律逐漸失效中。量子計算機厲害的地方在于，它是以雙指數的速度增長，即算力的增長指數也是指數級增長。這讓傳統計算機需要幾萬年的計算量，量子計算機可以在短時間內完成。

但是，量子計算機做到的只是大幅削減計算時間，它還是要花時間計算的。

前文我們提到，目前并沒有可以有效破解SHA256的算法，所以利用量子計算機挖比特幣時，也只能和其他礦機一樣，一個一個地找隨機數去試，只不過是量子計算機運算速度更快而已。比特幣有難度調整機制，可以通過調整難度對抗來自量子計算機的算力增長，還可以通過升級SHA256算法，來增加挖礦難度。

需要注意的是，以上的討論都是建立在“量子計算機已經非常成熟了，而且還價格低廉”的前提假設。

現實的情況是，量子計算機還處于實驗室階段。谷歌研究人員也表示，谷歌的量子計算機只能進行單一的、技術性很強的計算，使用它解決實際問題還需要數年時間。截至目前，還沒有一個通用的量子計算機出現，可靠的專用量子計算機也還沒有問世。

魔高一尺，道高一丈，量子計算機在向前發展的同時，加密算法亦會持續進步。

在「得到」的《卓克·密碼學30講》中，著名科普作者卓克就提到了對抗量子計算機的第七代加密法——量子加密。

量子加密和其他加密法不同，不但使用了數學，還使用了物理中的量子理論。量子計算機也很有可能無法破解，因為如果破解了，就違反了量子力學的基本原理。

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