随着量子计算可能冲击比特币(BTC)核心加密机制,围绕协议层防护升级的讨论正在迅速升温。
据区块链媒体CoinDesk 4月5日(当地时间)报道,Google近期一项研究显示,一旦出现性能足够强大的量子计算机,破解比特币当前使用的椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)最快或仅需9分钟,这一时间甚至短于比特币平均约10分钟的出块周期。
尽管目前尚无量子计算机达到这一水平,但市场对相关风险的担忧正在加快升温。原因在于,量子计算对比特币安全性的威胁已不再只是纯理论推演,而是开始被视为中长期内可能出现的现实场景。部分分析人士认为,这一技术拐点最早或在2029年前后出现。
一旦风险成为现实,潜在影响不容忽视。有估算显示,约有650万枚BTC存放在公钥已经暴露的地址中,这类资产理论上可被量子计算机直接作为攻击目标,其中还包括被认为属于比特币创始人Satoshi Nakamoto的部分早期持币。若攻击成立,攻击者可能通过已公开的公钥反推出私钥并转移资产,从而冲击比特币安全模型的核心基础。
问题的根源在于,比特币现有签名体系建立在传统计算条件下“由公钥反推私钥几乎不可行”的前提之上,而量子计算具备打破这一假设的潜力。尤其是公钥已经暴露的地址,长期来看更容易成为攻击对象。
从风险暴露路径来看,公钥暴露主要分为两类:一类是早期交易机制导致公钥长期留存在链上的“长期暴露”;另一类则是交易在进入区块前停留于内存池(mempool)期间形成的“短时暴露”。其中,早期P2PK地址以及部分Taproot(P2TR)地址都可能面临长期暴露风险,仅旧式P2PK地址据称就锁定了约170万枚BTC。
在此背景下,比特币开发者社区正在并行讨论多种应对路径。
第一类方案,是通过新的输出结构尽量避免公钥直接暴露在链上。根据《比特币改进提案(BIP)360》,开发者提出引入新的输出方式Pay-to-Merkle-Root(P2MR),以减少公钥被长期暴露的风险。不过,这一方案更偏向于保护新生成的资产,已存在地址的风险仍需另行处理。
第二类方案,是转向抗量子密码体系。基于哈希的签名方案SPHINCS+被认为对量子算法具备更强抵抗力,并已成为下一代标准候选方案之一。美国国家标准与技术研究院(NIST)已将其发布为FIPS 205。但这一方案的现实问题在于,签名体积明显大于现有机制,可能进一步推高区块空间占用和交易手续费。
第三类方案,是降低交易处理过程中的短时暴露风险。具体而言,Commit-Reveal机制会先以哈希形式提交交易承诺,随后再公开真实交易内容,以应对内存池阶段可能出现的攻击。在这一结构下,即便攻击者试图广播伪造交易,系统也可通过核验是否存在事先提交的承诺进行拦截。
第四类方案,则是通过机制设计减缓已暴露资产被集中转移的速度。Hourglass V2的核心思路,是对单个区块内可移动资产的规模设限,以延缓大规模BTC在短时间内集中流入市场。不过,由于这一方案涉及对资产自由流动的限制,也在社区内部引发争议。
总体来看,上述方案仍停留在早期讨论阶段。由于比特币协议升级需要开发者、矿工和节点运营者之间形成广泛共识,相关方案距离真正落地预计仍需较长时间。不过,这场讨论本身已释放出明确信号:量子计算对比特币构成的潜在威胁,正逐步从远期命题转向必须提前应对的现实风险。