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“比特”为基本单位不同,量子计算机使用“量子比特”,因此能够同时处于0和1的叠加态,也就是具有了惊人的并行处理能力。简单来说,量子计算不是让计算机跑得更快,而是从根本上改变了计算的方式。所以量子计算机的运算速度将是经典计算机无法比拟的。随着IBM、亚马逊、Microsoft和Google等领先机构以及Ionq等初创公司继续大力投资这项技术,预计到2035年,量子计算将成为一个价值1.3万亿美元的产业。
比特币是一种去中心化的数字货币,不依赖于任何中央银行或政府机构,核心技术是区块链。比特币的安全性是建立在其独特的加密学基础之上,主要依赖两种核心算法,SHA-256用于工作量证明和数据完整性,ECDSA则是用于数字签名和资产所有权验证。这两大算法共同构成了比特币“数字黄金”的坚固基石。这两大算法又依赖于两个关键的数学难题:大整数分解和椭圆曲线离散对数。简单来说,比特币交易中使用的公钥是公开的,而私钥只有用户自己知道,只有用私钥才能授权和发起交易。公钥和私钥之间存在复杂的数学关系,想要在经典计算机上通过公钥推导出私钥几乎不太可能。这也正是大家相信比特币是安全的重要原因。
Shor算法由数学家Peter Shor于1994年提出,是量子计算领域最具有影响力的算法之一。这种算法能够高效地解决大整数分解和椭圆曲线离散对数的问题。因此,该算法直接威胁着ECDSA。这也就意味着,只要一台足够强大的量子计算机问世,它在理论上就可以在短时间内根据比特币的公钥计算得出对应的私钥。而一旦私钥被破解,攻击者就可以伪造签名,窃取受影响地址中的比特币。目前来说,使用Shor算法破解比特币的256位ECDSA是量子计算对加密货币最重大的威胁。根据目前估算,破解ECDSA大约需要2330到2619个逻辑量子比特。而每个逻辑量子比特可能还需要数千到数万个物理量子比特进行错误纠正。例如一项估算显示,要在一小时内破解ECDSA,可能需要3.17亿个物理量子比特,这意味着每个逻辑量子比特需要12万个物理量子比特。目前,量子计算机的规模远未达到这一水平。
Grover算法是一种量子搜索技术,它能够为非结构化数据库搜索或暴力破解攻击提供二次加速。对于比特币的SHA-256算法,Grover算法最多能将暴力破解的难度减半,这也就意味着一个256位的哈希值在量子攻击下,其有效安全强度将降至128位。然而,这种算法的加速是二次的,而不是像shor算法那样的指数级增加。因此,它并不能像Shor算法破解ECDSA那样从根本上击溃SHA-256,所以目前的威胁紧迫性也较低。与ECDSA相比,破解SHA-256是更大的工程挑战。一项研究估计,破解SHA-256大约需要250万个量子比特 。Grok AI的评估也类似地指出,需要“数百万个纠错量子比特”。
由于比特币目前使用的数字签名算法是椭圆曲线数字签名算法(ECDSA),这也正是量子计算对于加密货币的最大威胁,比特币社区正在研究将其替换为后量子密码学中的签名算法来降低这点威胁。其次,为了支持新的签名算法,比特币的地址格式可能需要升级来确保其兼容性。而在过渡阶段,一种可行的方案是引入混合模式,即同时用ECDSA签名和后量子密码学签名,这样即使量子计算机能够破解前者,但交易仍然可以通过后量子密码学签名得到验证,从而确保了安全性。
同时,比特币开发者也已提出一项官方的比特币改进提案,详细阐述了将网络迁移到后量子密码学的分阶段策略,目标是在2030年实现抗量子能力。该提案建议用后量子算法替换当前的ECDSA签名方案,其中提到了Dilithium3方案。提案强调过渡将是渐进式的,并向后兼容,主要通过软分叉和新的操作码来实现。提案预计比特币完成量子安全过渡可能大约需要7年,短期应急响应路径大约需要2年。过渡期计划持续数年,以便用户转移资金和开发者实施新标准的支持。
第一,极大地提升了公众对于比特币乃至整个加密领域所面临的量子计算威胁的认知。这种高调的讨论直接导致X上的相关讨论激增,即使即时技术威胁较低,“SHA-256不安全”等关键词的搜索量也达到了数千次 。这一问,将这一议题从学术圈走向了公众视野,这也迫使行业和公众正视这个必将到来的挑战。这也表明,高知名度的科技界人士具有独特的能力来影响公众认知,加速行业对话,并可能甚至改变量子计算和区块链安全等新兴领域的研发优先级。