史上最强攻防战 量子区块链与量子计算机的相爱相杀

郑少杰

　　在科技发展日新月异的今天，区块链、比特币、以太坊等等诸如此类的词汇早已在社会上广泛传播开来。随着区块链技术的发展，市场上出现了不胜枚举的各种虚拟货币。目前能统计到的市场上共有24351种各不相同的虚拟货币。全球很多投资人纷纷将自己的眼光看向了这些货币。
　　那么这些货币到地因为为什么会受到大家的狂热追捧?
　　区块链的优势究其原因可以总结为两个字：信任。
　　信任这两个字说起来容易，做起来可是相当有难度。从人类诞生到现在，人类文明尽管已经高度发达了，但依然做不到相互之间百分之百的信任。
　　无法做到完全互信，那么在交往、做生意的过程中就会有上当受骗导致个人利益受到损失的情况。而区块链技术的出现则弥补了这一缺陷。比特币诞生于2008年美国次贷危机的末期。在比特币白皮书，即中本聪的论文《比特币：一种点对点的电子现金系统》中，还没有“区块链”这个词，只有“区块”(Block)和“链”(Chain)。七年之后，以2015年10月美国《经济学人》杂志发表的《信任的机器》(The Trust Machine)的封面文章为标志，大家意识到，作为比特币底层技术的“链”，其价值远大于比特币本身。区块链可以让人们在没有中央权威机构监督的情况下，对彼此的互相协作建立起信心。简单来说，它是一台创造信任的机器。华尔街开始热捧区块链。但是，这个技术组合，并未颠覆现有业务，而是引入了新的思想，去改善和改造现有业务模式，从而为大众提供更好的、普惠的服务。
　　由于区块链是一种分布式数据库，允许各方就共享数据达成共识，而无需中间人。
　　基于区块链，用户得以在拥有数字身份的同时维护自身隐私，并且只允许特定组织或个人访问、储存、分析或分享个人数据。
　　仅仅是区块链的基本结构，不加上基于此的任何应用和平台，区块链就可以增加数据安全性。从整体安全角度考虑，区块链的零信任本质就意味着用户无需依靠第三方来完成交易。最重要的是，从数据角度看，区块链上发生的一切都是加密的。黑客悄悄篡改区块链上数据而不被他人发现这种事绝对不可能发生。
　　因此，区块链技术以及区块链技术下的各种数字货币广受各个投资人以及机构的青睐。
　　所有人都相信，区块链技术在当前算力情况下是无法被攻破的。但是4月22号的美链BEC被黑客入侵导致损失惨重，也从侧面说明区块链技术并不是无懈可击的。事实上也的确如此。理论上，区块链能够安全的核心就是超级复杂的加密算法让普通计算机没有足够的能力破解。
　　这其中涉及到一个51%攻击问题的概念。从原理上看，只要能控制全网50%以上算力，攻击者将可以修改账本和阻止他人挖矿，从而威胁到整个系统安全。
　　但是，也许区块链技术的破解对于经典计算机来说是几乎不可能的，但是一个新概念的出现，打破了这一现状。
　　量子计算机的出现量子计算机，是随着技术的进步的人类有一大伟大的发明。我们正在使用的计算机(统称之为：经典计算机)的操作严格遵守着逻辑法则。但是微小的量子物体，比如电子、或光子等，可以打破这些规则。
　　基于这些打破经典的量子规则，量子计算机的想法就此孕育而生，它以一种全新的方式处理信息。使它们的运算速度在某些方面相比经典计算机要呈指数增加。
　　经典计算机和量子计算机的根本区别在于它们解决问题的方式。
　　经典计算机解决一个问题的方式就类似于你试图逃离一个迷宫——尝试所有可能的走道，途中会遇到死路，直到你最终找到出口。而叠加态的魔力则在于，它允许量子计算机在同一时间尝试所有的路径，也就是说，它会迅速的找到一条捷径。
　　相传古代的印度国王要奖赏国际象棋的发明者，问他需要什么。发明者说：陛下，在国际象棋的第一个格子里面放1粒麦子，在第二个格子里面放2粒麦子，第三个格子放4粒麦子，以后每个格子中的麦粒数都是它前一个格子中麦粒数的二倍，依此类推(国际象棋棋盘共有64个格子)。请将这些麦子赏给我，我将感激不尽。国王想这还不容易，就让人扛了一袋小麦，但不到一会儿就没了，最后一算结果，全印度一年生产的粮食也不够。这便是指数级增长的力量。
　　就像上面的每一个格增加一倍的米量，量子计算机在工作中产生的量子比特都能让计算机处理问题的能力翻倍。三个量子比特可以同时代表8(= 2?)种状态;四个量子比特则可以同时代表16(=2?)种状态。64个呢?你会得到18,446,744,073,709,600,000(=2??)的可能!
　　这意味着量子计算机在面对复杂的计算是能够短时间内做出正确的判断，如果说用经典计算机同时计算一万亿个问题需要1年，那么量子计算机计算一万亿个问题只需要0.1秒
　　量子计算机拥有无穷无尽的算力。远远超过区块链中51%算力的占比。因此对比特币等加密货币构成重大的安全威胁。
　　但俗话说，道高一尺魔高一丈，随着量子计算机的出世，在世界范围内已经有个人或者团队开始致力于如何抵挡量子计算机的入侵。
　　彼之砒霜，吾之蜜糖。在一项最新研究中，科学家提出了一个“量子区块链”的概念设计，或许能让区块链系统免受量子计算机黑客的攻击。
　　5月25日，俄罗斯量子中心和俄罗斯科学院的研究人员测试了首个量子区块链系统，并在俄罗斯最大的银行——Gazprom银行成功进行了演示验证。该系统将量子加密技术引入区块链，能够监测任何干扰和窃听，确保信息安全稳定传输，弥补了当前区块链系统有可能被量子计算机破译的漏洞，成为目前理论上不可攻破的网络安全体系。
　　新的编码程序可以被诠释为非经典地影响着过去;因此这种去中心化的量子区块链可以被视作为一个量子网络化的时间机器。量子区块链理论上依赖于量子纠缠。当两个或两个以上的粒子(如光子)纠缠在一起时，无论相距多远，它们都可以产生瞬时的相互影响，爱因斯坦将这种现象称之为“鬼魅般的超距作用”。
　　量子计算机和其他量子技术通常依赖于空间上的纠缠。但新的量子区块链依赖的则是时间上的纠缠——也就是说，两个或多个粒子通过纠缠连接在了一起，无论在时间上它们相隔多远。
　　经典的区块链将收集到的数据放入区块中，并使用加密算法将每个区块按时间顺序连接在一起。如果黑客试图篡改某个特定的区块，那么其加密设计会在该区块被篡改之后，使该区块之后的所有区块失效。
　　在量子区块链中，区块中的记录被编码为一系列彼此纠缠的光子。这些区块通过时间纠缠按时间顺序连接。由于构成量子区块链的区块会在由量子计算机构成的网络之中相互传输，编码每个区块的光子得以被创建、再被组成网络的节点吸收。然而，纠缠将这些光子在时间尺度上连接起来，即使是没有同时存在过的光子。
　　黑客不能篡改过去的任何光子编码记录，因为这些光子在当前时间之内不再存在——它们早已被吸收。黑客最多能做到的就是试图篡改最新的光子(即最近的区块)。而成功执行这样的操作将使该区块无效，从而告知其他区块——它已被黑客入侵。该项研究的执行人员Rajan说：“从理论上来说，这比标准情况下攻击者能够篡改任何区块的情况安全性更高。”