量子計算和比特幣:進化的威脅和機遇

2025-01-20
量子計算和比特幣:進化的威脅和機遇

量子計算的興起在加密貨幣世界內引發了重大辯論,尤其是關於比特幣的長期安全性。比特幣的基礎安全性取決於兩項關鍵技術:數位簽名和哈希函數。

量子計算的最新進展,尤其是谷歌的 Willow 晶片,引發了人們對量子計算機是否最終會破壞這些系統,從而威脅比特幣網路完整性的擔憂。

然而,德克薩斯 A&M 大學專門研究比特幣和博弈論的教授 Korok Ray 等專家認為,比特幣將適應這種新出現的威脅。

比特幣和量子:數位簽名的作用

比特幣交易在很大程度上依賴於數位簽名來確保交易是合法的,並且是由比特幣錢包的合法擁有者進行的。

這些簽名是使用加密演算法生成的,最初是通過橢圓曲線數位簽名演算法 (ECDSA) 生成的。然而,隨著 2021 年 Taproot 升級,比特幣過渡到使用 Schnorr 簽名,這種簽名在本質上更高效、更私密、更簡單。

也可以參考: 比特幣法案和 2025 年戰略儲備:美國加密貨幣的新時代

然而,ECDSA 和 Schnorr 簽名都無法抵抗量子攻擊。量子電腦有可能以比經典計算機更快的速度解決這些簽名背後的複雜數學問題,從而打破比特幣交易的加密安全性。

為了抵消這種風險,德克薩斯 A&M 的 Juan Garay 等研究人員正在探索替代方案,例如 Lamport 簽名,這些簽名被認為具有抗量子性。

這種系統的實施可以遵循與 Taproot 升級相同的模型,即軟分叉——一種向後相容的更改,允許使用者在不中斷整個比特幣網路的情況下將他們的資金遷移到量子安全位址。

然而,這可能會引發有爭議的問題,尤其是對於不活躍的位址,例如與比特幣的假名建立者中本聰相關的位址,可能需要硬分叉,這是比特幣社區內部的一個分裂舉措。

對比特幣哈希函數的威脅

除了數字簽名之外,比特幣的安全性還依賴於哈希函數,尤其是SHA-256演算法。

這些哈希函數會生成唯一的輸出,因此攻擊者在計算上對輸入數據進行逆向工程是不切實際的。SHA-256 還支援比特幣的工作量證明共識機制,該機制驗證新區塊並保護區塊鏈。

但是,量子計算機可能會通過查找哈希衝突或反轉哈希過程來利用SHA-256中的漏洞,從而使它們能夠操縱區塊鏈數據。

最令人擔憂的情況涉及 51% 攻擊,量子驅動的攻擊者可以改寫比特幣的交易歷史或進行雙花。

Ray 認為,雖然這是一個潛在風險,但對惡意行為者最經濟合理的量子計算使用可能會集中在挖礦而不是破壞區塊鏈上。

量子礦工的性能可能優於傳統礦工,壟斷了向區塊鏈添加新區塊的過程,從而將比特幣挖礦變成由具有量子能力的實體控制的寡頭壟斷。

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緩解量子威脅

為了應對這些風險,比特幣開發人員可以從SHA-256過渡到抗量子哈希函數。這樣的升級雖然具有挑戰性,但在技術上是可行的,並且可以效仿之前比特幣改進所開創的先例。

然而,鑒於加密貨幣的去中心化性質,這需要比特幣的礦工和網路參與者達成廣泛共識。

量子計算的長期威脅

儘管量子計算帶來了理論風險,但專家們一致認為,對比特幣的量子攻擊並非迫在眉睫。構建和擴展能夠破解比特幣密碼學的量子計算機是一項艱巨的任務,仍然需要硬體和演算法的重大進步。

此外,隨著比特幣的經濟意義不斷增長,解決量子漏洞的激勵措施將會增加。

比特幣的開源性質促進了開發人員、密碼學家和學者之間的合作,確保應對量子威脅的解決方案能夠得到嚴格的測試和採用。

加密貨幣社區積極主動地應對挑戰的方法歷來使比特幣能夠成功發展以應對各種威脅。

結論

雖然量子計算對比特幣安全的威脅並不直接,但加密貨幣必須保持警惕和適應性。

量子計算機破解當前加密方案的潛力帶來了長期挑戰,但比特幣的開源和去中心化性質使其能夠很好地發展以應對這些新出現的風險。

為了避免由於量子功能而導致少數大型實體主導挖礦的情況,Ray 建議過渡到抗量子哈希函數將是最直接的解決方案。

通過持續的合作和創新,比特幣可以確保其對未來技術進步的彈性,在未來幾年內保持其作為安全和去中心化的價值儲存手段的地位。

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常見問題

量子計算如何威脅比特幣的安全?

量子計算可能會破壞比特幣的加密基礎,例如數位簽名和哈希函數,從而對比特幣構成風險。量子計算機可以比經典計算機以指數級的速度解決複雜的數學問題,從而損害比特幣交易的安全性,並使攻擊者能夠操縱區塊鏈數據或進行雙重支出。

比特幣量子威脅的潛在解決方案有哪些?

研究人員正在探索抗量子解決方案,例如 Lamport 簽名和新的量子安全哈希函數,以保護比特幣免受量子攻擊。這些升級可以以類似於比特幣之前的升級(如 Taproot)的方式實現,允許使用者在不中斷網路的情況下將他們的資金遷移到量子安全位址。

比特幣是否面臨量子計算的直接風險?

雖然量子計算在理論上對比特幣構成了長期風險,但破解比特幣加密系統所需的技術仍處於發展階段。專家認為,攻擊並非迫在眉睫,比特幣的去中心化、開源性質允許持續創新和適應新出現的威脅。

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