量子力学诞生于100多年前，它用在光、声、电等等尖端领域，影响着我们生活的方方面面。而比特币是近十年才出现的东西，本质上是一种数字货币。这两者能有什么关系呢？
事实上，量子力学是比特币最重要的理论基础之一。如果没有量子力学，比特币的理论体系将存在重大缺陷甚至有可能崩塌，而比特币的价值也将大打折扣。这是为什么呢？
我们知道，从技术上讲，比特币最终解决的是拜占庭将军问题。首先看下什么是拜占庭将军问题。
假设拜占庭帝国的几支军队在敌人的城外扎营，每支军队听命于自己的将军，这些将军之间只能通过信使传递消息。在对敌军进行侦察后，将军们必须制订一份共同行动计划。但是，有些将军可能是叛徒，这些叛徒会阻碍那些忠诚的将军达成共识。于是，这个问题可以简洁地描述为：在已知有间谍的分布式军队中，将军们如何达成共识，执行共同的作战计划，来取得战争的胜利。
这个问题困扰了人类几千年，是通讯领域的经典问题。在此之前给，解决分布式系统一致性问题最主要靠Lamport提出的Paxos算法及其衍生算法。但Paxos类算法仅适用于中心化的分布式系统，而且要求这样的系统的没有不诚实的节点。因此，Lamport仍然没有最终解决拜占庭将军问题。
直到比特币的出现，才最终解决了这个问题。那么比特币是如何做到的呢？
比特币创造性地采用了区块链的思想。首先是加入了发送信息的成本，也就是工作量证明（Proof Of Work），以保证一段时间内只有一个节点可以传播信息。然后是采用了非对称加密技术，各个节点收到发起者的消息必须签名盖章，确认各自的身份。还有各节点的账本同步，每个将军都有一份实时与其他将军同步的消息账本，只要超过半数同意，就可以达成共识。
通过消息加密技术、以及公平的工作量证明机制，比特币创建了一组所有将军都认可的协议，拜占庭将军问题完美解决。比特币网络也从一个去中心化的不可信网络变为可信网络，所有参与者可以在某些事情上达成一致，使价值传递成为了可能。
这里并不对比特币究竟如何解决互信进行深入探讨，有兴趣的可以参考本号上一篇文章 。通过上面比特币解决拜占庭将军问题的机制，不知道大家注意到一个问题没有，就是在这个过程中，有一个基本要求：消息传递的信道绝无问，也就是拜占庭将军问题中并不去考虑通信兵是否会被截获或无法传达信息等问题。然而我们知道，在现实中通信兵完全是有可能被截获的。反映在网络通信中就是信道被窃听或干扰。
Lamport已经证明了在不可靠信道上试图通过消息传递的方式达到一致性是不可能的。也就是说，如果比特币不能解决信道的可靠性问题，那么比特币的理论根基将存在问题，比特币的大厦将轰然倒塌，比特币的价值可以说几乎为零。先说传统通信下为什么不可靠？如果信道存在问题，A将军向B将军派出了通信兵，若A要知道B是否收到了自己的信息，必须要求B给自己传输一个回执，表明“信息收到，同意进攻”。然而，就算B已经送出了这条信息，B也不能确定A是否收到了回执。所以A必须再给B的回执发出一个回执。虽然看似可笑，但这个系统中永远需要存在一个回执。更要命的是，我们还没有考虑，通信兵的信息还有可能被篡改。
事实上，我们现实的通信中采用了TCP协议的“三次握手”来相对可靠地解决这个问题，也就是在成本可控的情况下的一种妥协方案。
然而这对比特币是不行的，因为比特币是从根本上解决互信问题，要求的是理论的完备性，那么对于信道的安全问题如何解决呢？
这就需要量子力学了。在量子力学中存在着一个重要的现象，就是量子纠缠，也就是从同一个粒子裂变出的不同粒子，不管相距多远，对其中一个的干扰瞬间就会影响到其他粒子，这是一种神秘的超距感应现象。而比特币就是利用了量子纠缠，保证了信道的绝对安全。
在量子通讯过程中，首先构建一对具有纠缠态的粒子，将两个粒子分别放在通信双方，将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行测量，则接收方的粒子瞬间坍塌为某种状态，这个状态与发送方的粒子坍塌的状态是对称的，然后信息通过经典信道传送给接收方，即可得到与发送方完全相同的未知量子态。
相比经典通信，量子通信可以说是绝对保密的，其一体现在量子加密的密钥是随机的，即使被窃取者截获，也无法得到正确的密钥，因此无法破解信息；其二，分别在通信双方手中具有纠缠态的2个粒子，其中一个粒子的量子态发生变化，另外一方的量子态就会随之立刻变化，并且根据量子理论，宏观的任何观察和干扰，都会立刻改变量子态，引起其坍塌，因此窃取者由于干扰而得到的信息已经破坏，并非原有信息。
就这样，量子纠缠为比特币的信道安全提供了理论基石。
这里需要说明一下，在量子纠缠中，一旦测量粒子状态就会改变其状态，但通讯时还必须通过不可靠信道发送通知信息。尽管这个通知消息是不可靠的，但是由于已经存在了一条绝对可靠的信道（量子纠缠），保证了另一条信道即使不可靠也能保证消息本身是可靠的，也就是至少被窃取了一定能够被发现，因此信道的可靠性仍然是可以保证的，比特币的理论根基至少在目前仍然是无懈可击的。
比特币和量子力学，这两个看似完全没有关系的概念竟然如此紧密地联系在一起，这个世界真的很神奇。而从中，我们也可以看到基础学科研究的重要性。比特币是我们经济、金融和社会生活的重要创新，然而它的基础却是由量子力学这样的基础学科保证的。在我们发展科学技术的过程中，技术的进步往往更加显而易见，也更让人喜闻乐见。然而投入大、见效慢的基础科学研究却往往起着更关键的作用。相比而言，国外对于基础学科的研究比我们更加重视。也希望我们国家在这一方面能够迎头赶上。
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