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Blockstream为比特币发布SHRINCS后量子签名提案

2026-08-27 10:21:35

Blockstream 发布 SHRINCS 后量子签名方案，为比特币量子安全铺路

领先的比特币基础设施公司 Blockstream 通过发布一项新的比特币改进提案（BIP），将其名为 SHRINCS 的后量子签名方案正式提上议程，进一步推动了比特币抗量子能力的讨论。尽管该公司首席执行官 Adam Back 认为实用的量子攻击可能数十年内不会成真，但此举凸显了 Blockstream 在让网络为未来量子计算机潜在威胁做好准备方面的积极角色。

SHRINCS：抗量子签名的新方法

Blockstream 的 SHRINCS（全称 State Hardened Randomized INcremental Chain Signature）旨在应对量子计算可能最终破解当前密码方案并威胁比特币安全的担忧。该公司于今年 3 月在 Liquid 侧链的生产环境中测试了 SHRINCS，研究人员 Jonas Nick 和 Mikhail Kudinov 于 5 月正式提出了该操作码。

Jonas Nick 将 SHRINCS 描述为“首个专门为比特币设计的后量子签名方案的具体提案”。但他也提醒，这并非最终的签名解决方案，而是当前可用选项中一个强有力的候选方案。Blockstream Research 的 Jonas Nick 认为，虽然 SHRINCS 在各方面并非最优，但“它是我们现在所拥有的选项中的一个非常好的权衡”。

Applied Quantum 创始人、后量子密码学权威 Marin Ivezic 评论称，SHRINCS 是“目前所有人提出的最具比特币原生特性的后量子签名设计”。他指出，SHRINCS 与 BIP-39 种子恢复兼容，并依赖比特币挖矿中不可或缺的哈希函数 SHA-256。

不过，Ivezic 也承认 SHRINCS 仍处于早期阶段。虽然它已显示出实验性效果，但尚未经过全面的密码学审计，也未像美国国家标准与技术研究院（NIST）的签名方案那样接受广泛的公开审查。

效率、实现与技术权衡

SHRINCS 签名大小远小于大多数后量子签名方案，起始大小为 548 字节，外加 48 字节的公钥，但仍约为比特币当前 Schnorr 签名（64 字节）或 ECDSA 签名（70 字节）的 9 倍。相比之下，NIST 认可的后量子签名方案可能大至 123 倍。高效的签名大小对于维持比特币的网络吞吐量和去中心化至关重要。

签名尺寸的增大可能大幅降低交易吞吐量。采用 NIST 基于格密码的 ML-DSA 方案，吞吐量可能降至每秒 0.5 笔交易（TPS），而 SPHINCS+ 方案仅支持 0.36 TPS。相比之下，研究人员估计，若广泛实施 SHRINCS，比特币仍可实现约 3 TPS，接近当前的交易速率。

各签名方案对比：Schnorr 签名大小 64 字节，估计 TPS 为 6.5；ML-DSA（NIST 基于格）签名大小约为当前方案的 123 倍，估计 TPS 为 0.5；SPHINCS+（NIST 基于哈希）签名大小约为当前方案的 123 倍，估计 TPS 为 0.36；SHRINCS 签名大小范围为 548 至 4619 字节，估计 TPS 为 3。

SHRINCS 的设计还利用了比特币的隔离见证（SegWit），该技术允许签名数据分配至单独区域，从而占用更少的区块空间，进一步缓解了签名尺寸增大带来的影响。

SHRINCS 与 SPHINCS+ 的不同之处在于采用了有状态的方法，即在本地存储已使用的密钥，而不是包含多层哈希树来保持无状态。每次使用密钥时，生成的签名会增大 16 字节。然而，如果设备丢失，用于密钥恢复的备用无状态交易可能达到 5777 字节。

BOLTS Technologies 创始人 Yoon Auh 指出，SHRINCS 包含“有状态性、紧凑签名路径、备用方案、关于种子初始化次数的假设，以及设备何时必须切换到更大无状态签名的规则”。Marin Ivezic 强调：“比特币量子迁移中的约束因素不是密码学，而是治理问题。”他指出了任何量子升级获得社区共识的挑战。

其他研究方向与未来前景

Blockstream 也在试验基于格密码的签名方案（一些研究人员认为其可靠性较低），并探索使用零知识证明（ZK）聚合签名的可能性。通过 ZK 证明聚合，如果与 SHRINCS 结合使用，比特币的吞吐量可能达到每秒 6.7 笔交易。然而，引入 ZK 证明将是一个根本性的协议变更，很可能在激活前引发广泛的社区讨论。

最新的 BIP 只是第一步，SHRINCS 的正式安全证明仍有待完成。其最终采用不仅取决于技术性能，还取决于比特币社区能否就安全升级达成共识。

Blockstream 正在进行的研究包括继续优化 SHRINCS 协议以及在其主流硬件钱包上的支持。今年 3 月，该公司还发布了 SHRIMPS，旨在与 SHRINCS 配合使用，实现设备备份和签名灵活性，不过后来已将其整合为同一公钥下的无状态路径。

在比特币中，任何与量子安全相关的升级都可能引发激烈讨论，因为这些升级触及网络设计与运行的核心。研究人员告诫，挑战不仅在于密码学，还在于政治层面，因为任何升级都需要广泛的支持和审慎的治理。

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