富达警告：比特币私钥面临量子计算风险

TLDR

Fidelity Digital Assets 于 9 月 1 日发布研究报告，分析了比特币在未来量子计算机面前的潜在风险。理论上，量子计算机可利用肖尔算法从公钥推导出私钥。为此，研究人员提出了一种名为 SHRINCS 的抗量子签名方案，该方案采用基于哈希的签名技术，取代了现有的椭圆曲线密码学。然而，这种抗量子签名的体积更大，可能会降低交易吞吐量并增加费用。此前，Fidelity 与另外八家公司共同资助了一项为期数月的 1500 万美元比特全倡议。

当前比特币签名的工作原理

Fidelity Digital Assets 于 9 月 1 日发布的报告探讨了未来量子计算机可能对比特币产生的影响。报告重点聚焦于私钥，因为私钥赋予了用户对其所持比特币的控制权。虽然目前尚不存在能够破解当前加密技术的量子计算机，但研究人员表示，该技术最终可能会追上这一水平。

Fidelity 的团队指出，任何解决方案都必须主要关注交易吞吐量问题。他们注意到，由于比特币内存池（mempool）目前近乎空置，这种影响在当下可能较小。

私钥允许比特币所有者在不依赖银行或其他中间人的情况下批准交易。钱包使用私钥创建数字签名以证明所有权。这种签名不会泄露实际的私钥。这种机制构成了当今人们持有和转移比特币的基础架构。

现有签名类型及其脆弱性

大多数比特币交易依赖于椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）或 Schnorr 签名。自 2021 年 Taproot 升级激活以来，Schnorr 签名变得可用。Taproot 的规则源自 2020 年 1 月首次提出的提案。这两种签名类型都依赖于一个对常规计算机而言难以解决的数学难题。

然而，运行肖尔算法的强大量子计算机能够解决这一难题。这将使量子计算机能够从公钥反向推导并找到私钥。一些研究降低了量子攻击所需资源的估算值，这促使业界更加关注比特币的长期安全规划。

一种可能的抗量子修复方案

研究人员正在探索基于哈希函数而非椭圆曲线的签名系统。其中一项名为 SHRINCS 的提案，将小型状态签名与较大的备份选项相结合。

根据目前的草案，SHRINCS 设置了一个 48 字节的公钥。其状态签名大小在 548 到 4,619 字节之间，而无状态备份则高达 5,777 字节。状态方法要求设备跟踪哪些一次性密钥已被使用。如果丢失这些跟踪数据，可能会导致该路径无法安全使用。

无状态回退机制通过采用美国国家标准与技术研究院（NIST）于 2024 年 8 月发布的 SLH-DSA 标准来避免这一问题。它保持了访问功能，但在区块链上占用的空间要大得多。

Fidelity 的研究人员表示，SHRINCS 只是目前正在研究的多种方案之一。他们补充说，比特币的技术限制仍可能塑造最终构建的系统。更大的签名意味着每笔交易需要传输更多数据。在网络繁忙时，这可能会提高费用并减缓交易的确认速度。

实施挑战与行业协作

要将 SHRINCS 这样的系统投入使用，需要新的共识规则。这可能通过向后兼容的软分叉来实现。要使这一变更生效，钱包制造商、矿工、交易所和节点运营商都需要提供支持。这种跨行业的协调需要时间。

今年 7 月，Fidelity 联合另外八家金融和加密货币公司，共同资助了一项价值 1500 万美元的比特币安全倡议。该项目包括对网络抗量子解决方案的研究。

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