中国四川一处比特币矿场里的传统计算机设备。

来源：Paul Ratje/华盛顿邮报/Getty

因此，破解数字签名是最直接的威胁。配备量子计算机的不法者可以使用Shor算法来伪造任何数字签名，冒充用户并侵吞他们的数字资产。大多数专家认为，这一操作需要一台通用量子计算机（一种能够执行各种计算的量子计算机），也许十多年后可以实现。

然而，一些研究人员认为借助于具有更多有限计算能力的新兴量子计算设备，这一场景可能会更早到来，例如计算公司D-Wave和谷歌等开发的那些机器。

量子计算机可以快速找到破解编码，从而使少数用户能够审查交易并垄断比特币的入帐（也称为挖矿）。这些群体可以破坏交易，防止他们自己的某一次交易被记录，从而实现双重支付（double-spend）。

今年早些时候，一个国际研究团队在一份报告中强调了这种攻击的可能影响，他们展示了量子技术的威胁并提出了可能的解决方法。

如果没有采取任何措施来更新协议，一旦量子计算机实现应用，加密货币就会即刻崩溃。

增强安全性

幸运的是，量子技术也提供了增强区块链安全性和性能的机会。

量子安全加密。量子通信本身就是经过身份验证的，也即没有用户可以冒充他人。这种技术使用单个光粒子（光子）的量子态来编码数字信息（比特）并进行通信。基础物理学规定了量子态无法在不发生改变的情况下被复制或测量。所以任何窃听者都会立即被发现。

量子加密可用于替换传统的数字签名，并加密区块链网络中的所有点对点通信（peer-to-peer communication）。我们的课题组已经展示了一个简单的系统来实现这一功能。然而，量子密码网络的复杂性和成本将限制它们的实际应用。

尤其是，当前协议要求网络中的每个节点通过光纤信道彼此连接，因为在任何中间节点中不存在信任，因此所有通信必须是直连的。即使信息流经不可靠的节点，也需要协议来维持安全通信；这些系统已经被开发出来，但是还需要降低使用成本以进入消费环节。

光纤中的光子损耗是另一个挑战。光子损耗将现代量子密钥分发系统的范围限制在几十公里以内。解决方案则是开发量子中继器——使用量子隐形传态和量子光学存储器在通讯方之间分发纠缠态。相关研究一直在推进，但距离实现一个实用设备还有很长的路要走。

在此期间，单向编码函数应该得到加强。实际上，一些替代加密函数已经被提出来了，这些方案无论使用传统或量子计算机都同样难以反解。虽然不是完全安全，但这些可以在现有硬件上运行，并且为量子加密的到来争取时间，不过它们也终究会在将来被破解。

量子互联网。将量子技术用于通信以及区块链数据的计算处理，将进一步增强安全性并使区块链变得更快、更高效。这一步需要一个“量子互联网”，也即通过量子通信网络来连接量子计算机。然后就可以运行完全量子区块链。

这样一来就可以绕过当前需要密集计算的验证和取得共识的步骤，因此更加高效和安全。如此提出的量子比特币可以通过量子力学的不可克隆定理得到保证。如果未来这些量子“钞票”还在用的话，那么通过添加量子信息记录就不可能进行伪造。

量子互联网距离我们还有数十年之遥，因此“盲量子计算”（blind quantum computation）是一个过渡。在这种情况下，使用传统计算机的用户可以在远程量子计算机上运行算法而不共享输入数据或算法。这种技术将实现公共云量子计算平台，从而使区块链更便宜、更易用。

下一步

区块链业务需要更新其现有的软件以使用单向加密函数，这些函数使用传统或量子计算机都同样难以进行反解。在这些后量子解决方案（post-quantum solutions）建立或标准化之前，加密平台必须是灵活的，能够在使用中更改加密算法。

长期的解决方案是开发和扩大量子通信网络，以及随后的量子互联网。这将需要政府的大量投资。但是各国也将从更高的安全性中受益。例如，加拿大按规定需要将其人口普查数据保密92年，这个保密时间长度只有量子加密可以保证。

政府机构可以使用量子安全区块链平台（quantum-secured blockchain platform）来保护公民的个人财务和健康数据。这些方面的引领者，如中国、美国和欧盟成员国，将成为早期的采用者。他们应该立即投入资金进行研究。例如，区块链应该成为欧洲量子密钥分发测试平台计划（Europe’s Quantum Key Distribution Testbed programme）的研究课题。

这些风险应引起高度重视 ，因为它们带来的影响可能是非常严重的。