為何比特幣不會面臨近期的量子威脅

自比特幣誕生以來，各種FUD（恐懼、不確定性和懷疑）運動試圖宣稱其終結。然而，這種加密貨幣已成為數兆美元的資產，並開始在全球貨幣體系中扮演角色。最近，新版本的FUD再度浮現：一種觀點認為，具密碼學相關性的量子電腦（CRQC）可以從公鑰推導出私鑰，並簽署交易以移動他人的幣。這對比特幣的擴張是現實的障礙嗎？簡單來說，不是。沒有證據顯示CRQC會在未來十年內實現，也不清楚是否會有人造出這樣的機器。量子擔憂仍然只是FUD。

技術現狀

截至目前，沒有一台量子機器執行過超越聰明六歲孩童能力的計算——這已通過實驗證實。量子電腦是令人印象深刻的工程成就，展現了當前科技近乎科幻的潛力。它們依賴的技術包括光鑷、雷射冷卻、超導磁通量子位元、電磁阱、稀釋冰箱等。在機器內部，個別量子位元被迫進入特定的亞原子狀態（取決於技術），糾纏成疊加態，經操控進行計算，然後讀取並解釋其亞原子屬性。值得注意的事實是，這些裝置確實存在，並且可以被引導對少量輸入產生有用的計算。令人清醒的反面是，對於某一候選技術，執行一個小孩也能處理的計算，需要足夠的電力來冷卻一所德克薩斯州高中、數小時的準備時間以及額外的後處理時間。

展望未來

你可能會想，‘但量子運算領域正湧入大量資金’。投資一個領域實際上與現實世界技術進步的速度相關嗎？並非如此。甚至可以說，在正確的底層技術存在且產品市場契合度被證明之前，將資金投入一個領域，與開發出可應用的技術的機會成反比。這在比較NASA的太空梭計畫與SpaceX的獵鷹9號時顯而易見。SpaceX主要利用已知科學，將其轉變為一個實用系統，以滿足對可靠且更便宜進入太空的明確市場需求，花費不到50億美元就實現了首次載人飛行。太空梭的首次載人發射則耗資約500億美元。獵鷹9號不僅開發成本低了一個數量級，而且迄今為止擁有完美的載人安全記錄。許多因素可以解釋這種差異，但這表明，再多的資金也無法讓一項尚未成熟的技術變得實用。將其應用於量子運算：大量資金被投入這個問題，使得昂貴的技術演示成為可能。但這告訴我們，更多資金是否會帶來穩定、低錯誤率量子位元的聖杯（就像獵鷹9號的可靠性），完全不得而知。對太空梭的持續工作無論再怎麼努力，永遠無法產生獵鷹9號的低成本和高可靠性，而且很有可能，無論再怎麼努力、無論花費多少成本，也永遠無法使任何當前量子技術可靠到足以破解一個密鑰對。

你可能會想，‘但那些最近的進展呢？’關於近期發表的突破，有兩點需要注意。首先，許多只是純數學的進展。以最近的Google論文為例，該論文如此重要，以至於作者為了擔心它可能破壞重要的密碼系統而刪除了理論量子電路。這看起來像是向CRQC邁出了巨大進步，但實際上並沒有改變任何事情。除非量子硬體達到它的獵鷹9號時刻，否則沒有裝置具有運行該被刪除電路的穩定性和規模。隱藏一個為可能永遠不會存在的機器設計的電路，純屬做戲。其次，在硬體方面，每年都有許多新結果和漸進進展被發表，但有多少是關於同一候選量子技術？有多少只是在先前結果導致死胡同後重新開始？事實是，這些進展並不代表通往最終成功的線性路徑。它們是對無限可能性空間的廣度優先探索，量子研究人員希望找到一條可以走一小段而不會碰到另一個死胡同的路徑。

展望量子運算的實際未來，最多可說是非常不明朗。確實有有希望的發展，特別是中性的原子裝置，依我看。但要判斷沿著任何當前分支是否存在通往CRQC的路徑，或者是否會有更多重新開始，仍為時過早。如果最終我們看到同一候選技術的多個迭代，逐步打造出更強大的機器，產生出一個聰明孩子也無法計算的有意義結果，那時我們可以帶著新證據重新審視這個話題。

理論上

關於為什麼量子研究數十年來反覆未能產生CRQC，有兩種可能的解釋。一種是這只是一個非常困難的問題，我們不斷應用科學和工程來解決它，最終人類的創造力將會成功，就像互聯網、智慧型手機、社交媒體和比特幣一樣（讓讀者自行判斷哪些是有益的）。另一方面，可能是建造CRQC要麼不可能，要麼永遠超出我們的能力範圍。想想CRQC需要的條件：機器需要在其疊加態中表示一個可能性空間，其大小等於被解決的密碼學問題的複雜度。也就是說，要破解比特幣secp256k1曲線上橢圓曲線離散對數的128位元安全性，量子疊加態必須表示一個128位元數字的每一個可能值。在經典計算中，表示所有這些值所需的儲存空間（以許多數量級計）將超過人類迄今創造的所有儲存空間。如果量子疊加態有任何粒狀性——如果它不是在所有可能值上完全連續——那麼量子電腦永遠無法具備密碼學相關性。如果維持疊加態所需的能量與所表示場的複雜度成比例，那麼量子電腦永遠無法具備密碼學相關性。目前對量子物理的理解並不排除這兩種情況中的任何一種。

結論：比特幣不能鬆懈

儘管上述一切，比特幣的開發必須繼續推進新的加密演算法。對比特幣密碼學的量子攻擊並非迫在眉睫，但完全有可能通過其他途徑發現另一個漏洞。一些橢圓曲線已被發現存在弱點，secp256k1也可能步其後塵。比特幣能存活至今，是因為對該系統的攻擊使其變得更強大，而隨著量子FUD攻擊的進程，這種情況將繼續。P2MR或P2TRv2、SHRINCS、SPHINCS、IBC、ML-DSA以及其他後量子簽章方案的開發，將最終提升比特幣對未來攻擊的韌性，即使真正的CRQC從未建成。