比特幣交易:量子計算十年內無法破解比特幣

在量子計算突飛猛進的今天，很多人開始擔心量子霸權對全球信息系統的主要加密算法，包括比特幣網絡所依賴的橢圓曲線算法的威脅。

近日，馬克韋伯等學者在《AVS量子科學》上刊登的一篇研究論文顯示，要想在有效時間段內破解比特幣網絡的256位橢圓曲線加密算法，需要量子計算機至少擁有3.17億個量子位，而當今最先進的IBM的超導量子計算機，也僅僅只有127個量子位。即使量子計算機的量子位數或性能以摩爾定律增長，十年內也難以撼動比特幣。

V神：哈希值在量子計算機中生存得很好:金色財經報道，以太坊聯合創始人Vitalik Buterin發推表示，你們中的許多人都把這個問題搞錯了。使用肖爾算法的量子計算機完全打破了橢圓曲線。哈希值（如SHA256）在量子計算機中生存得很好，盡管安全性有所下降，建議使用更長的哈希值長度。[2022/9/5 13:08:27]

比特幣是第一個去中心化的加密貨幣，如今依然是穩定全球加密貨幣市場的“定海神針”。比特幣的特性使其成為對沖通脹的理想工具，其供給率是已知的，隨著時間的推移而降低，并且完全獨立于需求。此外，比特幣區塊鏈的去中心化特性使其具有抗審查性，并且可以以無需信任的方式運行。

加拿大銀行使用量子計算模擬加密采用場景:金色財經報道，加拿大銀行使用量子計算模擬加密采用場景，結合了USDT區塊鏈數據和10家主要金融機構的公共數據。模型中的大多數情況表明，非金融機構采用加密貨幣的速度會很慢，因為將法定貨幣轉換為數字資產需要一些前期知識和成本。（Decrypt）[2022/4/14 14:24:36]

量子計算機可能以兩種主要方式對比特幣網絡構成威脅。第一個也是難度最大的威脅是對工作量證明機制的威脅，為此，量子計算機可以使用Grover算法在SHA256協議的散列上實現二次加速。在可預見的未來，量子計算的算法加速不太可能彌補相對于最先進的經典計算，顯著較慢的時鐘周期時間。

聲音 | Blockstream研究員：隱私幣Monero要比比特幣更容易受到量子計算機的攻擊威脅:據bitcoinnews消息，在談到量子計算機對加密貨幣的威脅時，Blockstream研究員Andrew Poelstra最近表示，隱私幣Monero并不是完全安全的，它比比特幣更容易受到量子計算機的威脅。比特幣只需要替換數字簽名算法便具有量子抗性，而像Monero這樣的隱私幣更換起來會更復雜。[2019/5/16]

第二個也是更嚴重的威脅是對簽名的橢圓曲線加密的攻擊。比特幣使用橢圓曲線數字簽名算法(ECDSA)，該算法依賴于橢圓曲線離散對數問題(ECDLP)的難度，不過Shor算法使得量子計算機解決該問題的速度獲得指數級的提升。

聲音 | 重慶大學向宏：大型量子計算機真正問世會使區塊鏈受到顛覆性破壞:據人民網消息，國家密碼行業標準化技術委員會委員、重慶大學向宏教授在接受采訪時表示，一旦大型量子計算機真正問世，將對現有信息安全體系產生巨大沖擊。基于公鑰體制的身份認證體系、區塊鏈等均會受到顛覆性破壞，危及整個互聯網及應用的安全。[2018/11/7]

比特幣使用ECDSA在執行交易時使用的公鑰和私鑰之間進行轉換，在安全的比特幣交易中，比特幣公鑰可被竊聽的唯一時間窗口是在交易被廣播到網絡之后但在其在區塊鏈中被接受之前。在此窗口中，交易在“內存池”中等待一段時間，具體取決于支付的費用；此過程所需的時間平均為10分鐘，但通常可能需要更長的時間。Gidney和Eker估計，破解RSA加密需要20×106個量子位。

上圖：破解比特幣256位橢圓曲線加密所需的物理量子比特位數

作者指出，在特定的時間范圍內，代碼周期時間和可實現的物理量子比特的數量可能會因硬件類型而異。在設想容錯實現時，需要根據對空間或時間的偏好做出許多決定。在這項工作中，研究者比較了并行化的表面代碼策略和AutoCCZ，后者的資源估算低于前者，兩種策略都可以“空間換時間”的堆砌方式，將量子計算的理論加密破解速度提升到其反應極限。

例如，研究者根據最新的算法和表面代碼策略估算，要想在10天內破解RSA加密，如果基本誤差為103，需要一個擁有6.5億個量子位，占地面積位3600平米的量子計算機。

研究者將同樣方法應用于測算破解256橢圓曲線公鑰加密所需的邏輯資源。結果顯示，在比特幣交易公鑰暴露的一小時內破解加密所需的物理量子比特數可量化為代碼周期時間和基本物理錯誤率的函數。要想在一天內破解比特幣交易公鑰，需要13x106個物理量子比特位，但是，正如前文所述，要想真正有效破解比特幣交易密鑰需要在1小時內完成公鑰破解，這需要大概3.17億個量子位！如果將基礎物理錯誤率調高至更樂觀的104，仍需要3300萬個量子位！

而當今最先進的量子計算機，IBM的超導量子計算機也只有127個物理量子位。

如此龐大的量子計算資源需求意味著比特幣網絡將在多年內免受量子計算攻擊。

研究者指出，即便新的量子計算技術，例如更靈活的物理量子比特連接技術取代今天的糾錯技術，能夠顯著降低對物理量子位數量的要求，也必須考慮隨之產生的較低的邏輯運算率。此外，比特幣網絡也可以采用抗加密方法執行軟分叉來消除這種威脅，但這也可能存在與切換相關的嚴重擴展問題。

論文地址：

https://avs.scitation.org/doi/10.1116/5.0073075

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