为何比特币不面临近期量子威胁

自比特币诞生以来，各种FUD（恐惧、不确定性和怀疑）运动一直试图宣告其终结。然而，这种加密货币已成为万亿美元级资产，并开始在全球货币体系中占据一席之地。最近，一种新版本的FUD重新浮出水面：认为密码学相关的量子计算机（CRQC）可能从公钥推导出私钥，并签署交易以转移他人代币。这是否是比特币扩张的现实障碍？简单来说，不是。没有证据表明CRQC将在未来十年内实现，甚至不清楚它是否会被建造出来。量子担忧仍然只是FUD。

技术现状

截至目前，没有一台量子机器执行过超出早熟六岁儿童能力的计算——这一点已通过实验证实。量子计算机是令人印象深刻的工程杰作，展示了当前技术近乎科幻的潜力。它们依赖光镊、激光冷却、超导磁通量子比特、电磁陷阱、稀释制冷机等技术。在机器内部，单个量子比特被强制进入特定的亚原子状态（取决于技术），纠缠成叠加态，被操纵以执行计算，然后读取和解读其亚原子属性。令人瞩目的事实是，这些设备存在且可以被引导对少量输入产生有用的计算。令人清醒的反面是，对于一种候选技术，运行一个小孩都能完成的计算需要足够的电力来冷却一所得克萨斯州的高中，以及数小时的准备和额外数小时的后处理。

展望未来

你可能会想，“但有很多资金涌入量子计算”。投资一个领域是否真的与实际技术发展速度相关？并非如此。甚至可以认为，在底层技术尚未成熟且产品市场契合度未得到验证之前，向某个领域投入资金与该领域适用技术开发的可能性呈负相关。这可以从NASA的航天飞机计划与SpaceX的猎鹰9号对比中看出。SpaceX利用大致已知的科学，将其转化为满足可靠、更低成本进入太空这一明确市场需求的实际系统，在首次载人飞行上花费了不到50亿美元。航天飞机首次载人发射耗资约500亿美元。猎鹰9号不仅在开发成本上低一个数量级，而且至今保持着完美的机组安全记录。许多因素可以解释这种差异，但它表明任何数量的资金都无法使一项尚未准备好的技术变得实用。将其应用于量子计算：大量资金正投入这个问题，使得昂贵的演示成为可能。但这告诉我们什么关于更多资金是否会带来稳定、低错误率量子比特（如猎鹰9号的可靠性）的圣杯，毫无信息。继续在航天飞机上投入的任何工作都永远不会产生猎鹰9号的低成本和可靠性，同样，很可能无论投入多少持续工作、无论代价多大，都永远不会让任何当前量子技术可靠到足以破解单个密钥对。

你可能在想，“但那些最近的进展呢？”关于最近发表的突破，有两件事需要注意。首先，许多仅是纯数学的进展。以最近的Google论文为例，该论文意义重大，以至于作者删除了理论量子电路，担心其可能破坏重要的密码系统。这看起来像是朝CRQC的巨大进展，但实际上什么都没改变。除非或直到量子硬件达到其猎鹰9号时刻，否则不存在具有稳定性和规模来运行该删除电路的设备。隐藏一台可能永远不会存在的机器所用的电路，纯粹是表演。其次，在硬件方面，每年都会发表许多新结果和渐进进展，但有多少涉及相同的候选量子技术？有多少只是先前结果导致死胡同后的重新开始？事实是，这些进展并不代表通往最终成功的线性路径。它们是对无限可能性空间的广度优先探索，量子研究人员希望找到一条他们可以跟随一小段距离而不撞上另一个死胡同的路线。

展望量子计算的实际未来，最多只能说相当不明朗。确实有有希望的进展，特别是在我看来中性原子设备。但现在仍为时过早，无法知道在当前任何分支上是否存在通往CRQC的路径，或者是否会面临更多重启。如果我们最终看到同一候选技术的多次迭代逐步构建出更强大的机器，产生早熟儿童无法计算的有意义结果，我们可以用新证据重新审视这一对话。

理论上

对于量子研究几十年来反复未能产生CRQC，有两种可能的解释。一种解释是这只是一个非常困难的问题，我们不断应用科学和工程来求解，最终人类的聪明才智会成功，就像互联网、智能手机、社交媒体和比特币（读者自行判断哪些是有益的）。另一方面，可能建造CRQC要么不可能，要么永远超出我们的能力。想想CRQC需要什么：机器需要在叠加中表示一个可能性场，其规模与所解决的密码问题的复杂度相当。也就是说，要破解比特币secp256k1曲线上椭圆曲线离散对数的128位安全性，量子叠加必须表示128位数字的每一个可能值。在经典计算中，表示所有这些值将需要比人类历史上所有存储总量（很多个数量级）更多的存储。如果量子叠加有任何粒度——如果它不是在所有可能值上完全连续——那么量子计算机就永远不可能在密码学上相关。如果保持一个叠加所需的能量随所表示场的复杂度而缩放，那么量子计算机就永远不可能在密码学上相关。当前对量子物理的理解并不排除这两种情景。

结论：比特币不能停歇

尽管上述一切，比特币开发必须继续推进新的密码算法。对比特币密码学的量子攻击并非迫在眉睫，但完全可能通过其他途径发现另一个缺陷。一些椭圆曲线已被发现存在弱点，secp256k1也可能如此。比特币能存活至今，是因为对其系统的攻击使其变得更强大，随着量子FUD攻击的进行，这种情况将继续。P2MR或P2TRv2、SHRINCS、SPHINCS、IBC、ML-DSA和其他后量子签名方案的开发最终将提高比特币对未来攻击的韧性，即使真正的CRQC从未被建造。