量子運算的崛起對比特幣的安全性構成威脅。本文探討量子運算如何潛在地破解現有的加密算法，以及比特幣社區如何應對這一挑戰。

目前的加密系統

比特幣主要依賴兩種加密系統：

  • ECDSA 256：用於交易簽名的橢圓曲線數位簽名演算法
  • SHA-256：用於工作量證明挖礦過程的安全雜湊演算法

潛在威脅

量子計算的挑戰：

  • 使用Shor演算法可能破解ECDSA加密
  • 特別是早期使用Pay-to-Public-Key (P2PK)格式儲存的比特幣較為脆弱
  • 專家估計在未來5-10年內可能出現對比特幣加密的實質性威脅

緩解策略

量子抗性解決方案：

  • 實施量子隨機數生成器
  • 採用後量子密碼學標準
  • 通過軟分叉過渡到新的量子抗性地址格式

目前限制

Google的Willow量子晶片擁有105個物理量子位元，但要破解比特幣的加密系統需要：

  • 數百萬個邏輯量子位元才能破解ECDSA 256
  • 大約2,500個邏輯量子位元可能足以破解SHA-256加密

未來展望

比特幣社群仍有充足時間應對這些潛在漏洞。專家建議：

  • 持續監控量子計算發展
  • 及早開始實施量子安全升級
  • 考慮在網路中實施量子抗性密碼學

量子計算機多久可能破解 Bitcoin 的加密？

根據最新的研究和專家評估，量子計算機對比特幣加密系統的威脅時間表如下：

關鍵時間點

2025-2029年可能出現首次威脅：

  • 需要2,593個糾錯量子位元就能破解SHA-256雜湊函數
  • 約1,500個糾錯量子位元可以破解已知公鑰的加密

目前限制

Google的Willow量子晶片雖然引起關注，但仍有重大限制：

  • 目前只有105個量子位元
  • 要破解比特幣加密需要200-400萬個量子位元

專家預測

美國政府正在採取預防措施：

  • 2024年開始採用新的加密規則
  • 2025年商業和金融界將跟進
  • 2035年預計完成全面實施新標準

立即風險

目前約25%的比特幣流通量容易受到量子攻擊。特別是早期使用P2PK（Pay-to-Public-Key）格式儲存的比特幣最為脆弱。

雖然量子計算進展迅速，但專家認為要真正威脅到比特幣的安全性還需要數十年時間。

Willow 晶片與其他量子運算進展相比如何？

Google的Willow量子晶片代表了量子運算的重大突破，以下是其關鍵特點和成就：

性能突破

運算能力：

  • 在5分鐘內完成了一項需要最快超級電腦運算10億億億年的計算任務
  • 使用隨機電路採樣（RCS）基準測試來驗證其性能

技術創新

錯誤修正：

  • 首次實現了量子錯誤指數級降低的系統
  • 量子位元陣列的壽命超過了單個物理量子位元

硬體規格：

  • 擁有105個量子位元
  • 量子態保持時間達到100微秒，比前代晶片提升5倍

實際應用潛力

系統優勢：

  • 採用3×3到7×7的量子位元陣列設計
  • 專注於量子位元品質而非數量
  • 為大規模實用量子電腦的可行性提供了有力證明

這些進展使Willow成為目前最具說服力的可擴展邏輯量子位元原型，為未來商業應用鋪平道路。

可以採取哪些措施來保護 Bitcoin 免受量子攻擊

以下是保護比特幣免受量子計算攻擊的關鍵措施：

即時防護措施

錢包安全：

  • 避免重複使用比特幣地址
  • 不要在社交媒體上分享公鑰
  • 優先使用智能合約錢包

交易安全：

  • 在公開公鑰後盡快完成交易（目前安全窗口約10分鐘）
  • 使用較高的挖礦費用以加快交易確認

技術升級方案

加密演算法更新：

  • 採用格子密碼學
  • 實施基於代碼的加密
  • 使用基於雜湊的加密系統
  • 應用多變量多項式加密

長期解決方案

網路升級：

  • 實施ERC-4337帳戶抽象化
  • 採用零知識證明技術（STARKs）
  • 整合Winternitz簽名

社群行動：

  • 開發量子抗性硬體錢包
  • 整合NIST標準化的後量子密碼演算法
  • 透過硬分叉實施網路安全升級

這些措施的實施將有助於確保比特幣網路在量子計算時代的安全性。

比特幣使用基於網格的加密技術有什麼好處？

格子密碼學對比特幣有以下關鍵優勢：

量子抗性優勢

  • 目前尚無已知的量子演算法可以破解格子密碼系統
  • 提供最壞情況下的安全性保證，而不僅僅是平均情況
  • 在NIST後量子密碼標準化過程中表現最佳

效能特點

  • 運算結構可並行化，提供更快的處理速度
  • 使用簡單的矩陣乘法和較小的模運算
  • 實現簡單，適合物聯網和受限設備使用

功能擴展

  • 支援進階安全服務，如：
    • 基於身份的加密（IBE）
    • 基於屬性的加密（ABE）
    • 全同態加密（FHE）

實際應用價值

  • 可作為現有加密系統的直接替代方案
  • 與現有通訊協議和網路具有良好的互操作性
  • 密鑰大小增加幅度適中，實用性強

然而需要注意的是，與傳統公鑰方案相比，格子密碼學的公鑰大小較大，這對實際系統是一個挑戰。

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FAQ - 比特幣與加密貨幣是否會被量子電腦破解

  1. Q: 量子運算對比特幣的安全性有什麼威脅？ A: 量子運算主要威脅比特幣的ECDSA 256簽名系統和SHA-256雜湊演算法。專家估計在未來5-10年內可能出現對比特幣加密的實質性威脅，特別是早期使用Pay-to-Public-Key (P2PK)格式儲存的比特幣較為脆弱。
  2. Q: Google的Willow量子晶片有什麼特別之處？ A: Willow量子晶片擁有105個量子位元，可在5分鐘內完成需要最快超級電腦運算10億億億年的計算任務。其量子態保持時間達到100微秒，比前代晶片提升5倍，並首次實現了量子錯誤指數級降低的系統。
  3. Q: 要破解比特幣加密需要多少量子位元？ A: 要破解比特幣的加密系統需要數百萬個邏輯量子位元才能破解ECDSA 256，而破解SHA-256加密則需要約2,500個邏輯量子位元。目前的量子計算技術還遠未達到這個水平。
  4. Q: 如何保護比特幣免受量子計算攻擊？ A: 主要防護措施包括：避免重複使用比特幣地址、不公開分享公鑰、使用智能合約錢包、採用格子密碼學、實施後量子密碼學標準，以及透過軟分叉過渡到新的量子抗性地址格式。
  5. Q: 格子密碼學對比特幣有什麼優勢？ A: 格子密碼學具有強大的量子抗性，目前沒有已知的量子演算法可以破解。它支援進階安全服務如全同態加密，具有良好的運算效能，且可作為現有加密系統的直接替代方案。
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