BloQBench: A Blockchain Benchmarking Framework for Quantum Supremacy

想象一个计算机变得如此强大的世界，它们可以解决那些即使是常规超级计算机也需要花费比宇宙年龄还要长的时间才能破解的谜题。这就是量子计算那令人兴奋又略带恐惧的前沿领域。不要把量子计算机仅仅看作是你笔记本电脑的加速版，而要把它看作一把神奇的钥匙，能够瞬间打开那些旨在让常规手段无法破解的锁。科学家们正在问的一个重大问题是：“我们如何确切地知道量子计算机是否真的做到了这一点？”

通常，当有人声称“我做到了！”时，他们只是这么说，而我们只能选择相信他们。但在科学领域，仅凭信任是不够的；我们需要证据。问题在于，如果一个谜题对普通计算机来说太难，那么对于普通计算机来说，验证答案也会变得同样困难。这就像是要求某人在脑海中解开一个迷宫，然后要求你验证他是否作弊，但你却看不见那个迷宫。这篇论文正是在解决这个精确的问题：我们如何创建一个让普通计算机无法伪造、但易于证明其真实性，且无需信任设置测试的人的测试？

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数字蜜罐：BloQBench

本文的作者 Nicholas J.C. Papadopoulos 和 Ramin Ayanzadeh 构建了一个名为 BloQBench 的数字陷阱。想象一个巨大的、公开的宝箱，坐落在一个被称为区块链（可以将其理解为一个每个人都能看到发生的一切的巨大、不可更改的公共账本）的全球网络上。这个宝箱里装满了钱，但它被 119 把不同且极其复杂的锁锁住了。

这里有一个魔术技巧：没有人，甚至连建造这个宝箱的人，都不知道这些锁的组合方式。这些锁是由一个计算机程序（“智能合约”）生成的，该程序使用一种确保不存在“预计算秘密”的方法即时生成这些锁。这就像一台自动售货机，每次你按下按钮时，它都会随机打印出一个独特的、无法解决的谜题，而且机器本身在打印完之后会立即忘记答案。

挑战在于？这些锁是基于整数分解的。用通俗的话说，这意味着将一个巨大的、混乱的数字，找出制造它的两个较小的质数。对于普通计算机来说，这就像是试图通过“反向烘焙”一个蛋糕来找到所使用的确切鸡蛋和面粉；对于大数字而言，这几乎是不可能的。但对于量子计算机，利用一种特殊的算法，这就像拥有一台时光机，可以在食材混合之前就看到它们的成分。

行动计划：它是如何运作的

整个过程被设定得像一场带有转折的高风险游戏秀：

1. 设置阶段： 智能合约生成 119 个“锁”。每个锁都是由 4,608 位（一个巨大的数字）组成的数字。该合约的设计确保，普通计算机能解开所有这些锁的可能性仅为 10 亿分之一。目标是确保其中至少有一个锁对于普通计算机来说是真正无法破解的。
2. 赏金： 合约中有一个钱池（“赏金”）。论文建议至少准备 800,000,000 gas（用于支付以太坊网络交易的货币）来覆盖解开谜题的成本。如果当前的 gas 单价为 23.8 Gwei，那么这大约是 19.04 ETH。
3. 竞赛： 任何人都可以尝试破解这些锁。如果你拥有量子计算机（或者一个拥有超级计算机的真正天才），你可以尝试寻找质因数。
4. 防作弊机制： 为了防止人们窃取彼此的答案，系统使用了“承诺-揭示”（commit-reveal）方案。你必须先将你的答案锁在一个数字信封（哈希值）中，并等待 一天。一天之后，你再打开信封并展示答案。这可以防止“抢跑”（front-running），即坏人看到你的答案即将到来，并在你领取奖品之前将其窃取。
5. 获胜： 如果你解开了一个锁，合约会将该锁标记为“已解决”。如果你解开了最后一个最难的锁，你将获得全部赏金，并且区块链上的一个巨大旗帜将翻转为“TRUE”。这个旗帜就是实现量子霸权（Quantum Supremacy）的无可争议的证据。

为什么这很重要：自动开关

BloQBench 最酷的部分不仅仅是金钱；而是当旗帜翻转时会发生什么。目前，区块链使用“经典”安全性（如 RSA 和 ECDSA）来保护你的资金。这些在量子计算机出现并破解它们之前是安全的。

论文提出，BloQبه 充当了一个自动触发器。想象一下你的银行账户有一个安全开关。只要“量子旗帜”为 false，银行就使用快速、廉价的经典安全性。但一旦有人解开了谜题并将旗帜翻转为 “TRUE”，系统就会自动切换到一种新的、“量子防御型”的安全系统（使用一种被称为 Lamport 签名的技术）。

这至关重要，因为新的量子防御型安全性使用起来更慢、更昂贵。如果我们过早切换，会浪费金钱并降低速度；如果我们切换太晚，我们的钱会被偷走。BloQBench 通过等待威胁被证明真实的那一刻，然后瞬间翻转开关来解决这个问题。

本文排除了什么

作者非常谨慎地说明了他们 没有 做的事情。他们明确排除了其他几种想法：

• 无受信任的生成器： 他们拒绝了由人类或公司生成谜题的想法。如果由人类制作谜题，他们可能会保留一个用于自行破解的“后门”，这会破坏证明的有效性。
• 无“阶数查找”（Order-Finding）： 他们考虑过另一种类型的数学谜题——“阶数查找”，但他们发现这种方式在区块链上部署的成本太高（部署成本超过 60 亿 gas），而他们的分解法成本较低（约 2.37 亿 gas）。
• 无不可验证的谜题： 他们拒绝了“采样问题”（即计算机生成随机模式），因为虽然这些问题很难，但也很难证明其正确性。你无法轻易检查模式是否正确，因此它不适用于公开证明。

核心结论

这篇论文并不是声称量子计算机已经击败了世界。相反，它提供了一个框架和一个工具（BloQBench），以便在量子计算机实现目标时证明这一点。他们已经构建了合约，进行了测试，并证明了其可行性。他们计算出，解开其中一个锁的验证成本约为 6,110,290 gas，而解开全部 119 个锁的成本约为 741,048,802 gas。

作者建议，该系统创建了一个“可调梯度”。你可以通过调整让锁更容易检测到量子的早期迹象，或者保持它们处于超高难度（如他们选择的 4,608 位锁），以等待量子计算机能够破解世界上最著名的加密标准（如 RSA）的那一刻。

简而言之，BloQBench 是一个无需信任的、公开的、自动化的裁判。它等待着量子计算机登场，解开谜题，然后瞬间翻转开关来保护我们的数字世界，而无需任何人去信任任何一个人。它将量子霸权的竞赛变成了一场有明确赢家和保障机制的游戏。