量子特刊：量子计算不会夺走你的比特币

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自比特币诞生以来，各种新形式的FUD（恐惧、不确定性和怀疑）一直被用来预测它的消亡。尽管如此，比特币已经成长为一个数万亿美元的资产，并开始在全球货币秩序中占据一席之地。近几个月来，密码学相关量子计算机（CRQC）的幽灵再次以进化版FUD的形式出现——这种计算机可能让攻击者从公钥重建私钥，并签署比特币交易来转移他人的币。这是否对比特币的持续增长构成现实威胁？一句话：不是。没有任何证据表明CRQC会在十年内被制造出来，而且这种机器是否会被造出来仍然未知。量子威胁仍然是FUD。

迄今为止，没有任何量子计算机计算出过一个早熟的6岁儿童无法完成的事情（已通过实证确认）。量子计算机是了不起的技术，展示了现代世界真正科幻般的能力。这些设备利用了光学镊子、激光冷却、超导通量量子比特、电磁阱、稀释制冷机等基础技术。在这些设备中，单个量子比特被强制进入特定的亚原子状态（每种候选技术各不相同），被纠缠成叠加态，被操控以表示计算，然后读取并解释它们的亚原子特性。令人震惊的事实是，这些设备确实存在，并且可以被操控以在少量输入上产生有意义的计算。冷酷的现实是（以某个候选技术为例），要完成一个小孩就能做的计算，需要足够给一所德克萨斯州高中提供空调的电力、数小时的准备工作，以及数小时的后续处理。

我知道你在想什么，“但是有这么多钱流入量子计算领域”。流入某个领域的资金与该领域现实世界技术进步的速率相关吗？并不真正相关。事实上，可以说，在正确的底层技术被开发出来并且产品市场契合度得到确认之前，流入某个领域的资金与该领域可应用技术被开发出来的可能性呈负相关。这一点可以通过比较NASA的航天飞机计划与SpaceX的猎鹰9号清楚地看到。SpaceX采用了（大部分）已知的科学并将其付诸实践，以满足对可靠且成本更低的太空进入方式的明确市场需求，从计划到首次载人任务的项目成本不到50亿美元。航天飞机达到首次载人任务大约花费了500亿美元。猎鹰9号不仅开发成本低了一个数量级，而且迄今为止拥有完美的载人安全记录。造成这些差异的原因有很多，但这表明，再多的钱也无法让一项尚未就绪的技术变得切实可行。将这一点转化到量子计算上：我们可以看到，在大量资金被投入到这个问题上的情况下，以巨大成本进行技术演示是可能的。但这并不能告诉我们，更多的钱是否会带来稳定、低错误率量子比特的圣杯（就像猎鹰9号的可靠性那样）。对航天飞机计划进行任何程度的持续开发，都永远不会产生猎鹰9号的低成本和高度可靠性，而且完全有可能的是，无论以任何代价进行多少持续开发，都永远无法使当前任何量子计算技术变得足够可靠，以至于能够破解哪怕一个密钥对。

现在，你可能会想，“那最近的那些进展呢？”关于最近发表的进展，有两件重要的事情需要记住。首先，这些进展中有许多仅仅是纯数学上的进展。例如，谷歌最近的那篇论文，其成果如此重要，以至于他们选择删改理论量子电路，而不是冒险让它被用来攻破重要的密码系统。这看起来似乎是朝着未来密码学相关量子计算机（CRQC）迈出的巨大一步，但实际上什么都没有改变。除非（或直到）量子硬件迎来它的“猎鹰9号时刻”，否则根本不存在任何设备能在稳定性和规模上接近运行那个被删改电路所需的水平。隐藏一个为可能永远不会存在的设备设计的电路，纯粹是作秀。其次，在硬件方面本身，我们看到某一年发表了许多新成果和点滴进展，但其中有多少与同一种量子计算候选技术相关？又有多少只是在先前成果走入死胡同之后的重启？现实是，这些进展并不代表一条通向最终成功的线性轨道。它们代表的是对一个无限可能性空间的广度优先搜索，量子研究者希望在其中找到一条路径，哪怕只能沿着它前进一小段距离，而不至于再次撞上死胡同。

当我们审视量子计算未来的现实时，它充其量是模糊不清的。有一些有前景的技术发展，尤其在我看来，是中性原子设备领域。但要判断在目前已知的任何分支上是否存在一条通向最终CRQC的开放路径，或者未来是否还会有更多重启，现在还为时过早。如果在某个时刻，我们看到同一种候选技术经历多次迭代，逐步实现能力更强的设备，并计算出连一个早慧儿童也无法算出的有意义结果，那时我们可以带着不同的证据重新讨论这个话题。

对于量子研究在数十年间反复未能开发出CRQC，有两种可能的解释。一种可能是，这本身就是一个难题，而我们仍在持续运用科学和工程去解决它，终有一天人类的聪明才智会取得胜利，就像在互联网、智能手机、社交媒体和比特币的发展中那样（至于其中哪些是积极的发展，留给读者自行判断）。另一方面，也有可能开发CRQC要么是不可能的，要么将永远超出我们的掌握。想想CRQC存在意味着什么：这台机器必须在其叠加态中表示一个可能性场，其规模与要解决的密码问题的复杂度相同。也就是说，要攻破比特币secp256k1曲线上椭圆曲线离散对数的128位安全性，量子叠加态就必须表示一个128位数字的所有可能值。在经典计算中，表示所有这些值所需的计算机存储量（要高出许多个数量级）将超过人类有史以来生产过的全部存储。如果量子叠加态存在哪怕最细微的粒度（即量子叠加态并非在所有可能值上完全连续），那么量子计算机就永远不可能具备密码学相关性。如果维持一个叠加态所需的能量随所表示场的复杂度而扩展，那么量子计算机也永远不可能具备密码学相关性。当代对量子物理的理解并没有排除这两种可能性中的任何一种。

尽管有上述种种，比特币朝着新密码算法方向的发展仍必须继续。虽然针对比特币密码学的量子攻击无论如何都不迫在眉睫，但完全有可能通过其他途径发现另一个缺陷。我们知道某些椭圆曲线已被发现存在弱点，而secp256k1可能就是下一个。比特币之所以能存续至今，是因为针对该系统的攻击使它变得更加强大，而在量子FUD攻击上演的过程中，这一点将继续成立。P2MR或P2TRv2、SHRINCS、SPHINCS、IBC、ML-DSA以及更多后量子签名方案的发展，最终将提升比特币在面对未来攻击时的韧性，即使真正的CRQC永远不会被开发出来。

本文收录于《Bitcoin Magazine》最新一期纸质版《量子特刊》。我们在此分享，作为对整期所探讨理念的提前预览。

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