比特幣:如果量子計算時代到來，我們的比特幣安全嗎？_SHA

量子計算對挖礦的影響更多的是芯片升級的經濟問題，而不是安全問題。

每次有量子計算的新聞出現時，人們都要擔心一次比特幣。原因很簡單，比特幣是基于密碼學的，而密碼學之所以能夠成立，是基于某種計算上的不可能性。如果量子計算把原本不可能或難以實現的計算變成可以計算，那么這種密碼學的方法就會失效。

但這種擔心是多余的。原因同樣簡單：我們只要有量子計算也無法完成的計算，不就可以嗎？以這種計算為基礎構建的密碼學方法，量子計算也就無法破解，然后把比特幣升級到該密碼學方法之下即可。

「格困難問題」就是典型的代表，即便對于量子計算，它也保持著計算上的不可能性。基于人類的「無知」，我們很大程度上總可以找到方法生活在密碼學的保護之下。

比特幣中的密碼算法

我們知道比特幣錢包地址對應一個公鑰和一個私鑰，只有擁有私鑰才能動用該錢包中的比特幣，但私鑰是安全的，它無法通過錢包地址或公鑰被計算出來。

這是如何實現的？讓我們從臺球廳開始。

彭博策略師：如果美國違約，比特幣行業將崩潰:金色財經報道，彭博高級策略師 Mike McGlone 認為，如果美國違約，股市和加密市場將崩潰。?如果出現這樣的情況，風險資產最初會上漲，但隨后將面臨與傳統行業相同的崩潰。比特幣將首當其沖。?[2023/5/18 15:09:37]

你去臺球廳打臺球，把一個球放在臺球桌底邊的一個位置上，就叫它A點，然后你把這個球打出去，假設你擊球的力氣超級大，那么球從A點出發，總會撞到臺球桌某條邊上的一個點，然后又會從該點彈到臺球桌另一條邊上的另一個點……它可能這樣彈了B次，最后停在了臺球桌某條邊的一個點上，就叫它C點。

這時候你的朋友來了，他能看見臺球在C點的位置，你告訴他這個球最初的位置A點和擊球的角度，問他這個球中間彈了多少次，也就是B是多少？你的朋友應該一時回答不上來。

這就是一個簡單的公、私鑰生成算法，C是公鑰，B是私鑰。在我們知道A點和B次彈跳的情況下，是能得到C點的；但如果我們只知道A點和C點，是很難算出彈跳次數B的。

耶倫：如果美國政府債務違約 或造成全球金融危機:1月22日消息，美國財政部長珍妮特·耶倫警告，任何未能償還債務的行為都是違約，如果聯邦政府無法償還債務，將引發美國經濟衰退并產生廣泛影響。耶倫當天接受美國有線電視新聞網采訪時表示，如果美國國會未及時提高債務上限，聯邦政府無法償還債務，“無疑將導致美國經濟衰退”，很多人將失去工作，借貸成本也必將上升。她說，債務違約將引發美國主權債務評級下調，削弱美元作為全球儲備貨幣的地位，并可能“造成一場全球金融危機”。[2023/1/22 11:25:47]

在真正的密碼學中，臺球桌的邊被換成了橢圓曲線，A是橢圓曲線上一個固定的點，它擊打自己，球在橢圓群里撞來撞去撞了B次，最后落在了橢圓群的一個點上，還要對該點再做一次映射，有了橢圓群上的一個點C。C是公鑰，B是私鑰。

這就是著名的橢圓曲線算法，被用于生成公鑰、私鑰，是比特幣系統中的第一個密碼學方法。

橢圓曲線算法難以被破解，但并非不能被破解，足夠強大的量子計算可以找到多項式算法，通過A和C計算出B，也就是可以通過公鑰算出私鑰。所以，如果真的進入到量子計算時代，橢圓曲線算法是需要被新的抗量子計算的算法替換的。

DeFi保險協議InsurAce：如果UST歸零預計需要賠付1500萬美元，已啟動索賠程序:5月14日消息，DeFi保險協議InsurAce表示，由于UST的10日內時間加權平均價格（TWAP）已經低于0.88美元，其UST的脫錨保險索賠程序已經正式啟動，符合以下相應標準的保險持有者有資格在該應用提出索賠。

在一篇博文中，該項目稱，“如果UST歸零，我們預計會支付大約2200萬美元。假設每個人都領取，并且顯然沒有排除（有些人已經出售了他們的UST，這可能會使保險無效）。在與一些保單持有人交談后，我們的最新估計顯示，這一較低的總額約為1500萬美元。我們TVL約為5000萬美元，收入超過200萬，外加儲備資本。因此，我們有足夠的資金，即使UST是0美元。”（insurace.io）[2022/5/14 3:16:07]

量子計算與橢圓曲線算法

比特幣采用的橢圓曲線數字簽名算法的安全性是2^128。這是個天文數字。

在量子計算的情況下，使用PeterShor提出的Shor算法，它攻擊橢圓曲線的復雜度大概是O(log(N)^3)，對于比特幣而言，理論上的計算量級是128^3次。

聲音 | 分析師Josh Rager：如果5月比特幣收于8975美元，將會創2013年11月以來最高月漲幅:據bitcoinist消息，加密貨幣分析師Josh Rager最近發推表示，如果比特幣在5月份收于8975美元或者更高的價格，月漲幅將達到70.37%，創2013年11月以來新高。[2019/5/30]

相關論文研究顯示，構造一個攻擊secp256-k1曲線的量子計算機，假設該計算機能把比特錯誤率降低到10^-4，那么有希望在使用170萬個量子比特的情況下，在7天之內完成計算。

在比特幣系統中，還有另一個密碼學方法，哈希函數SHA-256，它被用于生成與公鑰對應的錢包地址。該算法很好理解，就是把一個輸入以一種不可逆的方式轉換成一個輸出，它有非常強的單向性，想通過輸出來計算輸入是不可能的。

因此，哈希函數只能通過暴力的方式破解，也就是變換輸入值一次次去試，直到可以用某個輸入值算出目標輸出值。

相較于經典計算機，量子計算機在暴力搜索上具有可觀的優勢，不過仍然是一種多項式級別的性能優化，我們可以通過加倍安全位數，比如采用SHA-512來維持安全性。

洪泰基金盛希泰：區塊鏈如果用得好是“干掉”BAT的潛在機會:在“中國天使投資峰會暨第二屆金投榜頒獎盛典”上，洪泰基金創始合伙人盛希泰發表了主題演講《2018年科技與消費的投資主題和策略》。演講中，盛希泰談及了自己對接下來投資趨勢及機會的一些判斷，同時對于近來超級火熱的區塊鏈也發表了自己的看法。盛希泰指出，科技創新會驅動生產力和生產關系的變革，而在這一輪的“第四次工業革命”中，AI就代表著一種新的生產力，區塊鏈則帶來了新的生產關系。區塊鏈的核心不是技術而是模式的重構，更多的是認知的革命。而區塊鏈這件事如果用得好，有可能是“干掉”BAT的潛在機會。[2018/1/16]

比特幣錢包地址是公鑰經過兩次哈希計算得到的，一次是SHA-256，一次是RIPEMD-160，量子計算很難攻破兩道哈希關口，通過錢包地址「撞」出公鑰。

量子計算與SHA-256

目前在量子算法里可以加速計算SHA-256的是LovGrover在1996年提出來的Grover算法，它可以將暴力搜索的性能提高到平方倍。假設我們要在一個N×N的巨大方格里尋找一根針，經典計算機需要逐一搜索每一個方格，最壞情況下需要搜索N×N次；但Grover算法即使是在最壞的情況下也只需要搜索N次。

總結一下：比特幣中有兩種基礎密碼算法，一是橢圓曲線算法，一是哈希函數SHA-256。目前能夠找到前者的高效量子計算方法，實現破解；但并沒有找到后者的高效量子計算方法。當然，破解的前提是量子計算真的發展到足夠強大，要知道，谷歌最新的量子芯片只有54個量子比特。

我們的比特幣安全嗎？

如果進入到量子計算時代，我們只需要用抗量子計算的密碼學算法生成公鑰、私鑰、錢包地址即可。但假如用戶未能升級公鑰私鑰，他們錢包中的比特幣是否就一定會被竊取？答案是否定的。

大致有如下幾種情況：

1.如果錢包地址中的比特幣從未被使用過，那么該地址的公鑰是不被人知曉的，其他人所知道的只有錢包地址。

如前文所述，SHA-256是難以被量子計算破解的，這意味著其他人是無法通過錢包地址算出公鑰的。所以，即使可以通過公鑰算出私鑰，那些沒有暴露過公鑰的錢包地址也是安全的。

2.如果有好的比特幣使用習慣，一個錢包地址只使用一次，那么同理，新地址的公鑰也是不被人知曉的，新地址中的比特幣是安全的。

3.如果用戶重復使用一個錢包地址，那么該地址對應的公鑰就處于暴露狀態；如果量子計算破解了橢圓曲線算法，那么該地址中的比特幣就面臨被竊取的危險。

據統計截止到當前，有將近500萬個比特幣是存放于公鑰暴露的地址中的，此外還有將近177萬個比特幣使用的是P2PK地址，這是最早期的比特幣賬戶格式，公鑰是公開的，其中就包括被認為是中本聰的賬戶。如果這些比特幣不更換地址，它們是在量子計算攻擊范圍內的。

除了錢包地址，在比特幣系統中還有一個重要的地方使用到了SHA-256，那就是挖礦。挖礦就是暴力破解哈希函數的過程，通過調整輸入值「撞」出落在目標區間的輸出值。

如前文所述，從理論上講，量子計算機芯片在暴力搜索時是可以「碾壓」經典計算機芯片的，但我們同樣需要考慮到它的技術發展水平和芯片制作工藝。此外，芯片本就是隨著技術的發展不斷升級的，量子計算對挖礦的影響更多的是芯片升級的經濟問題，而不是安全問題。

量子計算下的安全：格密碼

在量子計算發展的同時，量子安全密碼學也在飛速發展，這其中最具代表性的是「格密碼」，它是基于格的密碼體制。

「格」是一個系數為整數的向量空間，可以把它理解成一個高維度空間，它有兩個基本的「格困難問題」，一是最短向量問題，一是最近向量問題，求解這類問題需要指數時間的復雜度，那么如果因子為多項式，這類問題就不存在多項式時間算法，對于量子計算也是一種計算上的不可能性。

這聽起來有些抽象，也許可以這么去理解：用筆在一張A4紙上畫出很多黑色的點，然后換支筆在紙上畫下一個紅色的點，我們需要做的是找到距離紅點最近的黑點，這很容易；現在從A4紙這個二維空間到一個三維空間，想象一下空間里漂浮著很多黑色的點，這時放一個紅色的點進去，同樣是去找距離紅點最近的黑點，這并不算很難，但相對于二維空間，其困難度已經不在一個級別了。

現在，我們把三維空間變成一個三百維的空間，給定一個紅點去找距離它最近的黑點，這個黑點一定存在，但想想看，找出它是不是幾乎不可能？這就是格困難問題。

格空間與橢圓曲線是相似的。在橢圓曲線上，可以有數學公式把公鑰和私鑰放在一個等式的兩頭，在格空間里，也有數學公式可以把類似黑點和紅點的東西放在一個等式的兩頭，那么我們就可以利用這類公式來生成公鑰和私鑰。

在橢圓曲線算法中，因為「離散對數困難問題」，傳統計算機無法通過公鑰計算出私鑰；在格密碼的算法中，因為「格困難問題」，量子計算機也無法通過公鑰算出私鑰。

格密碼發展很快，基于格我們不僅有抗量子計算的公鑰和私鑰，還有抗量子計算的對應于經典密碼概念的一系列密碼學算法或協議，它們可以被用于數字簽名、密鑰交換、零知識證明等等應用領域。

「宇宙相信加密。加密容易，解密難。」在可以預見的未來，依然如此。所以，不用擔心，對于比特幣是這樣，對于區塊鏈也是。

本文來自鏈聞，作者：李畫、安比實驗室創始人郭宇

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