比特币现有安全体系依赖于椭圆曲线加密(ECDSA,secp256k1)。理论上,若具备足够性能的量子计算机运行肖尔(Shor)算法,便可破解离散对数问题,伪造签名并窃取他人资金,这一结构性漏洞始终存在。在比特币生态对此问题日益担忧之际,有研究提出无需更改协议即可实现防御的方案。
核心设计:何为“QSB”
一项研究近日以论文形式提出了量子安全比特币(QSB,Quantum Safe Bitcoin)设计方案。该方案旨在保持与比特币现有规则兼容的同时,保护交易免受量子计算机威胁。
此设计的核心在于将安全基础从椭圆曲线转向哈希函数假设。ECDSA仅作为验证手段使用,实质的安全依据则由哈希原像抗性替代。该方法借鉴了早期研究“Binohash”中在比特币脚本内嵌一次性签名机制的思路。
运作原理:哈希-签名谜题
QSB的核心结构是“哈希-签名谜题”。将交易中衍生的公钥通过RIPEMD-160进行哈希运算,其输出值被视作ECDSA签名的候选值。由于随机哈希值中符合有效签名格式要求的比例极低,这形成了仅约70.4万亿分之一的成功率的工作量证明条件。
该谜题依赖哈希特性而非椭圆曲线强度,因此不受肖尔算法影响。量子攻击者仅能通过格罗弗(Grover)算法获得二次加速效果,论文估计在肖尔威胁模型下仍可维持约118比特的安全强度。
三步完成的交易处理
QSB交易由三个阶段构成。
首先是固定阶段。搜索能生成有效哈希-签名输出值的交易参数,将交易与固定结构进行绑定。
其次是摘要阶段。通过两轮摘要过程选择内嵌签名子集,并生成与交易哈希关联的附加证明。
最后是组装阶段。包含所有必要的原像与验证数据,完成交易构建。
限制与挑战:现实的权衡
该设计存在明确局限。QSB交易体积超出基础转发策略限制,无法通过标准网络广播,需借助中继服务直接提交给矿工。此外,脚本占用空间大、计算资源消耗高也是待解难题。
尽管如此,生成有效交易的成本预计仍处于现实可行范围。研究分析,若使用云端GPU,总计算成本约在75至150美元之间。初步测试中,通过多GPU并行运算,已在数小时内成功完成谜题求解。
现阶段与意义
该项目尚未进入完成阶段。论文及脚本生成工具虽已就绪,但完整交易组装与链上广播仍未经过实际验证。
然而,这项提议为探索比特币如何适应量子计算时代的研究潮流增添了新方向。其在不升级共识、不实施软分叉的前提下,基于现有规则构建防御体系的思路,有望在关于网络长期安全的讨论中,成为一条独立的探索路径。
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