Coinbase 高管解釋比特幣的量子風險與對網絡安全的長期威脅

對未來密碼學進展的擔憂正在重塑分析師對長期比特幣安全性的看法，現在比特幣量子風險已經引起主要交易所的關注。

量子計算與比特幣的主要風險

量子計算的進步最終可能不僅威脅比特幣私鑰的安全，還會引發關於網絡經濟和安全基礎的疑問。然而，目前的硬體仍遠未突破比特幣的防禦，因此這些都是長期風險，而非立即威脅。

主要的危險與一個假設的未來“Q日”有關，當時量子機器可能以足夠的規模運行Shor’s和Grover’s等算法。屆時，比特幣的核心密碼學組件可能會受到破壞。此外，這種情景將影響交易安全和挖礦。

比特幣目前依賴兩個關鍵原語：ECDSA，用於保護交易簽名和確立所有權，以及SHA-256，用於工作量證明挖礦和保護區塊鏈完整性。這意味著量子系統理論上可以發動兩類不同的攻擊，針對簽名和哈希。

簽名攻擊與暴露的比特幣地址

在簽名方面，具備量子能力的系統可能削弱保護私鑰的密碼學屏障，從而開啟未經授權的支出漏洞。這個風險分為兩個層面：對已在鏈上的輸出進行長距離攻擊，以及在密碼池中出現密鑰後試圖提前搶先支出的短距離攻擊。

Coinbase估計，大約有651萬比特幣，約佔第900,000區塊時的總供應量的32.7%，可能受到長距離量子攻擊的威脅。這一數字突顯了過去的行為，例如地址重用漏洞和某些腳本類型，如何增加整個網絡的風險。

長距離威脅與直接在鏈上揭示公鑰的輸出有關，包括Pay-to-Public-Key (P2PK)、裸多重簽名 (P2MS)，以及Taproot (P2TR) 格式。早期比特幣持有，常與中本聰時代相關，代表較老的P2PK輸出，因而是潛在攻擊目標的重要群體。

每個輸出在支出瞬間都會變得脆弱，因為在確認前公鑰會被揭示。儘管如此，使用現有量子硬體成功攻擊的概率仍然非常低。即便如此，這種動態凸顯了業界越來越重視向量子抗性簽名的遷移。

經濟影響與挖礦風險

除了簽名被盜之外，第二個主要擔憂是比特幣的挖礦經濟學和共識安全。具備量子能力的設備最終可能在工作量證明中獲得效率優勢，破壞目前礦工之間的平衡。然而，研究人員仍將此視為次要問題，較私鑰被攻破更為重要。

理論上，高度優化的量子挖礦可能改變哈希算力的分佈，並引入新的中心化壓力。然而，擴展限制和實用量子硬體的早期階段使得這一場景仍屬未來。現在，簽名遷移仍是核心技術和政策的重點。

一些專家認為，通往比特幣量子風險的可信路徑很可能始於對暴露公鑰的攻擊，而非SHA-256挖礦。此外，修改挖礦算法在技術上比全面改變用戶保護資產的方式更容易協調，這也是為什麼加密和簽名成為當前辯論的焦點。

後量子密碼學方案審查中

為應對這些場景，開發者和研究人員正在研究後量子密碼學和其他防禦技術。長期的主要緩解策略是將量子抗性簽名方案直接整合到比特幣協議中。然而，這一轉變將需要數年的研究、測試和共識建立。

美國國家標準與技術研究院 (NIST) 正在進行多年的流程，以選擇後量子密碼學算法進行標準化。目前入圍的候選方案包括CRYSTALS-Dilithium、SPHINCS+和FALCON，它們在安全性、大小和性能方面各有取捨。

這些NIST候選方案為比特幣未來簽名的樣貌提供了參考。然而，實際操作中仍存在困難。許多量子安全方案的簽名較大，驗證較慢，這將影響區塊空間的使用、手續費市場和節點性能。此外，錢包軟體和基礎設施提供商也需重新調整系統。

遷移時間表與潛在升級路徑

研究目前提出兩條較為寬泛的遷移路徑，取決於量子計算的進展速度。若取得快速突破，將需要一個約兩年的緊急計劃，優先考慮速度和向後兼容性。這種情況假設礦工、節點運營商和錢包之間有良好的協調。

若進展較為緩慢，則可能採用更為穩健的方式，長達七年。在這種情況下，比特幣可以通過軟分叉逐步整合量子安全簽名，讓用戶逐步選擇加入。這條路徑將給開發者更多空間來完善設計並在實際條件下測試新方案。

像BIP-360、BIP-347和Hourglass等技術提案已在探索如何以量子感知的方式管理密鑰輪換、遷移和腳本升級。此外，這些努力旨在最大限度減少干擾，同時確保在任何可信的量子攻擊出現之前，將脆弱的輸出轉移到更安全的編碼中。

比特幣持有者的操作最佳實踐

在協議層面變更到來之前，已有一些最佳實踐可以降低暴露風險。避免地址重用、定期將脆弱的UTXO轉移到新地址，以及限制每個地址的餘額，都有助於降低集中風險。然而，這些習慣需要廣泛採用，才能有效降低系統性脆弱性。

機構和服務提供商也被鼓勵制定面向客戶的材料，標準化量子感知操作。關於如何管理較舊的輸出、腳本類型和遷移時間表的明確指導，可以幫助用戶提前做好準備。此外，許多脆弱腳本在現代生產環境中並未被大量使用，這被視為一個適度的優勢。

儘管這些措施無法根本消除數學基礎的威脅，但它們可以爭取時間。它們還有助於確保如果遷移到量子安全方案變得緊迫，較少的資金會被鎖定在難以轉移或協調的遺留腳本中。

行業情緒與未來展望

整個行業普遍認為，量子計算目前並非比特幣安全的迫在眉睫的威脅。大多數專家認為，當前的設備在規模上遠不足以威脅ECDSA或SHA-256。然而，對於局勢可能多快改變，意見則存在分歧。

一些研究人員和項目團隊警告說，在有利的硬體進展假設下，幾年內就可能出現實用的妥協。各種倡議甚至提出了比特幣私鑰風險可能成為實質性威脅的可能日期。此外，持續投資於量子研究使得這個話題在安全意識開發者中保持高度關注。

目前，比特幣的防禦措施仍然堅固，但標準制定機構、協議研究和錢包工程都在進行後量子世界的規劃。積極的遷移策略、更好的用戶實踐以及持續的量子安全密碼學創新，可能決定未來在面對突破時網絡的韌性。

總結來說，量子進展對比特幣的簽名和挖礦構成長期挑戰，但通過審慎的準備、協議研究和改進操作衛生，整個生態系統有明確的路徑來逐步適應。