量子加密

加密货币中的量子加密是什么？

量子加密是一个广义术语，用于描述量子计算、后量子密码学与加密货币网络安全之间的关系。

在加密领域，这个词通常并不指某一种特定的币、钱包、区块链或代币。

它通常探讨的是：当强大量子计算机变得实用时，比特币、以太坊式账户、智能合约、钱包、交易所、跨链桥和数字签名能否继续保持安全。

更准确的术语是后量子密码学，指旨在抵御经典计算机和未来量子计算机攻击的密码学方法。

官方NIST 后量子密码学项目解释称，量子计算机最终可能破解许多广泛使用的密码系统，因此各组织应着手迁移到抗量子密码技术。

量子加密很重要，因为加密货币依赖密码学来保护私钥、公钥、签名、地址、交易认证、区块验证、零知识证明和安全通信。

如果未来的量子计算机能够破解钱包使用的签名方案，攻击者理论上就可能从已公开的公钥推导出私钥并窃取资金。

对于普通加密货币用户而言，这目前还不是日常面临的现实威胁。

以太坊官方面向未来的路线图称，目前没有量子计算机能够破解以太坊的密码学。

这一风险现在就值得关注，因为密码系统迁移可能需要数年，尤其是对于拥有众多钱包、用户、开发者、验证者和应用的去中心化网络而言。

量子加密为何重要

量子加密之所以重要，是因为区块链的设计寿命通常长于许多普通软件系统。

银行应用可以通过中心化公司向用户推送更新。

去中心化区块链则必须协调众多独立用户、节点运营者、钱包团队、开发者、托管方、审计人员、硬件供应商和治理社区。

这使密码学升级更加缓慢，也更加敏感。

如果某条链需要更换签名方案，就必须保护旧资金、支持新地址、保留用户访问权限，并避免破坏智能合约或钱包软件。

量子加密也很重要，因为区块链数据公开且永久存在。

公钥一旦在链上公开，可能会永远保持可见。

这会带来长期安全问题，因为攻击者可以先存储今天的公开区块链数据，等待将来出现更强大的工具。

在更广泛的网络安全领域，这有时被称为“现在收集、以后解密”式风险。

在加密领域，类似的问题是：如果未来建成具备密码学破解能力的量子计算机，今天公开的公钥可能会变得更危险。

对于长期持有者、协议和机构而言，量子安全不仅是未来的科学话题。

它还是一项规划工作，会影响钱包设计、地址使用方式、协议升级和资产托管。

量子计算如何威胁加密货币

量子计算机并不是普通计算机的简单加速版。

它们利用量子力学行为，以远快于经典计算机的速度解决某些数学问题。

对加密货币安全最重要的算法是 Shor 算法。

Shor 算法会威胁基于整数分解和离散对数问题的公钥密码学。

许多加密钱包使用椭圆曲线数字签名，而这些签名依赖的问题可能会被 Shor 算法破解，前提是存在足够强大的容错量子计算机。

比特币和许多其他加密系统使用 ECDSA 或相关椭圆曲线签名。

以太坊账户也使用 ECDSA 处理标准外部拥有账户。

以太坊官方后量子密码学路线图指出，ECDSA 账户签名、BLS 共识签名、KZG 承诺和应用层零知识证明系统都需要进行后量子升级。

另一个常被讨论的算法是 Grover 算法。

Grover 算法可以加快暴力搜索，但它并不会像 Shor 算法威胁椭圆曲线签名那样直接破解哈希函数。

这意味着，对大多数加密网络而言，最主要的现实关注点通常是数字签名，而不是普通哈希运算。

量子加密与后量子密码学

量子加密和后量子密码学经常被混为一谈。

量子密码学可以指直接利用量子物理的密码系统，例如量子密钥分发。

后量子密码学则是指在普通经典计算机上运行、但旨在抵御量子攻击的密码算法。

对于加密货币而言，后量子密码学通常是更具实际意义的话题。

大多数区块链并不需要每个用户都拥有量子设备。

它们需要的是能够在普通硬件上使用抗量子签名、证明和密钥系统的钱包、节点和协议。

NIST FIPS 批准公告称，FIPS 203、FIPS 204 和 FIPS 205 规定了旨在抵御未来量子计算机攻击的密钥建立和数字签名方案。

FIPS 203 将 ML-KEM 标准化为密钥封装机制。

FIPS 204 将 ML-DSA 标准化为数字签名方案。

FIPS 205 将 SLH-DSA 标准化为无状态哈希数字签名方案。

数字签名对加密网络尤其重要，因为签名能够证明钱包所有者授权了某笔交易。

量子加密与私钥

私钥是控制加密钱包的秘密数值。

公钥在数学上与私钥关联，用于验证签名。

在普通公钥密码学中，从私钥生成公钥应该很容易，而反向推导在实际中几乎不可能。

如果未来的量子计算机能够逆向破解某些现有签名系统，这种关系就会面临量子风险。

如果钱包的公钥已在链上公开，足够强大的量子计算机理论上就可能从公钥计算出私钥。

攻击者随后便可签署交易并转移资金。

具体风险取决于区块链、地址类型、签名方案、交易历史，以及是否存在后量子迁移路径。

从未公开公钥的钱包，短期内可能比公钥已在链上可见的钱包面临的风险更低。

不过，用户从某个地址支出资金时，该地址的公钥可能会公开。

因此，重复使用地址可能会影响长期量子风险。

量子加密与比特币

比特币是量子加密讨论中的主要网络之一，因为它使用椭圆曲线签名授权资金支出。

比特币地址通常是公钥的哈希形式，因此在资金支出前，完整公钥可能会被隐藏。

不过，一些早期比特币输出和重复使用的地址可能会更直接地暴露公钥。

Chaincode Labs 的比特币与量子计算报告讨论了公钥暴露、易受攻击的 UTXO，以及未来比特币迁移如何处理无法或不愿转移的资金这一实际难题。

比特币面临的问题不只是量子计算机未来是否能够破解 ECDSA。

更难的问题在于，去中心化社区应如何迁移旧资金、遗失的币、已暴露公钥和活跃钱包，同时避免损害财产权或网络信任。

未来升级可能会引入抗量子地址类型，但用户仍需将资金转移到更安全的输出中。

遗失的币和不活跃钱包可能无法转移。

这会带来复杂的治理和伦理问题。

对当前用户而言，实际建议是避免不必要地重复使用地址，遵循钱包最佳实践，并关注未来协议发展。

量子加密与以太坊

以太坊也是量子加密讨论的核心网络，因为其当前标准账户使用 ECDSA 签名。

以太坊路线图称，账户发送交易时，其公钥会在链上公开。

如果签名方案仍然容易受到攻击，未来的量子计算机就可能利用公开的公钥推导出私钥。

除了普通钱包签名，以太坊还有其他容易受到量子影响的领域。

其共识层使用 BLS 签名支持验证者参与。

其扩容路线图一直使用 KZG 承诺处理数据可用性。

许多 Rollup 和应用也使用零知识证明系统，这些系统可能需要逐步更换为抗量子方案。

以太坊官方路线图讨论了基于哈希的签名、账户抽象、后量子钱包以及多年期基础设施规划。

这表明，量子加密不只是保护个人钱包余额的问题。

它还会影响验证者、Rollup、证明系统、扩容基础设施、账户模型和开发者工具。

后量子签名

后量子签名是旨在抵御已知量子攻击的数字签名系统。

它们是量子加密的重要组成部分，因为钱包签名是区块链交易的授权机制。

ML-DSA 是 NIST 标准化的后量子签名方案之一。

SLH-DSA 是另一种基于哈希函数、由 NIST 标准化的签名方案。

基于哈希的签名之所以具有抗量子吸引力，是因为其安全性主要依赖哈希函数，而非椭圆曲线数学。

不过，后量子签名通常需要权衡取舍。

它们可能需要更大的公钥和签名、更多带宽和存储空间，或不同的签名规则。

这些取舍对区块链系统很重要，因为每增加一个字节，都可能影响手续费、区块空间、节点存储、Rollup 成本和钱包易用性。

因此，后量子钱包既要安全，也要实用。

如果某种签名方案虽然安全，但体积过大或速度过慢，就可能难以在区块链规模下使用。

量子加密与智能合约

量子密码学变化也可能影响智能合约。

智能合约可以验证签名、管理资产、控制多重签名、处理治理投票以及验证零知识证明。

如果合约依赖易受量子攻击的签名方案，未来可能需要支持新的验证方式。

某些账户抽象设计可能会有所帮助，因为它们允许钱包定义自定义签名验证规则。

这样一来，用户可能无需一次性更改整个底层协议，就能采用后量子签名。

不过，如果合约不可变，或者资产被锁定在旧规则之下，智能合约迁移可能会很困难。

去中心化应用可能需要升级合约、部署新金库、迁移用户仓位，或在过渡期间支持混合签名。

因此，量子加密会带来应用层风险，也会带来基础层风险。

开发者应考虑密码敏捷性，即无需从零重建整个系统便可更换密码算法的能力。

量子加密与零知识证明

Rollup、隐私系统、身份工具、扩容协议和可验证计算应用都会使用零知识证明。

一些零知识证明系统依赖椭圆曲线配对或其他可能被量子计算削弱的假设。

以太坊后量子路线图指出，应用层 ZK 证明系统可能需要升级。

在量子抗性讨论中，STARK 类系统经常被提及，因为它们可以更多地依赖哈希函数。

不过，量子安全性取决于具体证明系统、参数、哈希函数、实现方式和安全假设。

用户不应认为所有零知识系统都自动具备抗量子能力。

用户也不应假设所有抗量子证明系统都足够便宜，能够适用于所有区块链场景。

证明大小、验证成本、生成证明所需时间、递归和数据可用性都很重要。

量子加密很可能会影响 Rollup 和证明系统选择长期密码学基础的方式。

量子加密与钱包安全

最终，大多数用户会在钱包安全方面接触到量子加密问题。

后量子迁移可能要求用户将资产转移到新型地址，或升级钱包软件。

在过渡期间，钱包也可能支持结合经典方法和后量子方法的混合签名。

硬件钱包如今可以保护私钥免受恶意软件侵害，但它不会自动让旧签名方案具备抗量子能力。

如果底层公钥算法可能被量子计算机破解，仅保护密钥存储并不足够。

除非有清晰的技术文档和广泛审查过的密码学作为支撑，否则用户应警惕虚假的“量子安全钱包”宣传。

安全的钱包迁移应由官方钱包团队和协议社区发起，并以经过审计的代码和透明标准为基础。

用户绝不能将助记词输入声称可以把资金升级到量子安全地址的网站。

随着这一话题日益普及，诈骗者很可能会利用人们对量子风险的担忧实施网络钓鱼。

量子加密与地址重复使用

地址重复使用是指多次使用同一个地址进行交易，或在公钥已经暴露后仍将资金留在该地址中。

在一些区块链设计中，用户从某个地址支出资金之前，公钥并不会完全公开。

支出之后，公钥可能会成为公开交易记录的一部分。

如果公钥公开后资金仍留在同一地址，该地址未来可能更容易受到量子攻击。

这也是许多钱包最佳实践早已不建议重复使用地址的原因之一。

重复使用地址还会削弱隐私，因为交易历史更容易被关联起来。

量子风险又增加了一个避免不必要重复使用地址的理由。

这并不意味着所有重复使用的地址现在都面临紧迫危险。

这意味着，如果量子攻击变得可行，地址使用方式可能会影响长期风险暴露程度。

用户应遵循现代钱包建议，避免沿用加密货币早期常见的做法。

量子加密与挖矿

量子计算与挖矿的关系经常被误解。

许多人认为量子计算机会立即在挖矿中占据绝对优势。

对大多数加密货币而言，主要量子风险通常是签名，而不是挖矿。

Grover 算法可以为某些搜索问题带来二次加速，但要在实际挖矿中占据主导地位，仍需要巨量硬件、能源和工程资源。

工作量证明网络也可以随着时间推移调整挖矿难度。

这意味着，与近期量子挖矿威胁相比，Shor 算法带来的签名威胁通常被视为更严重。

不过，每个网络都应单独分析，因为共识规则、哈希函数、挖矿硬件、难度调整和经济激励各不相同。

不应将量子加密简化为“量子计算机会”或“不会”破解挖矿的简单判断。

正确的问题是：哪种密码学原语正受到攻击，以及该攻击在现实规模下是否可行。

抗量子区块链

抗量子区块链是指设计时采用了被认为能够抵御量子攻击的密码学工具的区块链。

一些项目使用基于哈希的签名、格密码学或其他后量子方法。

不过，用户应谨慎看待营销宣传。

项目名称中含有“量子”并不能证明项目安全。

真正的抗量子能力需要经过审查的算法、正确的实现、安全的参数、钱包支持、持续开发和现实可行的迁移计划。

此外，还需要保护整个系统，而不只是代币转账功能。

某条链可能采用抗量子签名，但仍依赖容易受攻击的跨链桥、有漏洞的钱包软件、不安全的治理密钥或存在风险的智能合约。

抗量子能力是一种系统属性，而不仅仅是一个标签。

在信任任何“量子安全”宣传前，用户应查看技术文档、审计结果、标准符合情况和社区评审。

NIST 标准与加密迁移

NIST 后量子标准之所以重要，是因为它们为更广泛的技术行业指明了共同方向。

NIST PQC 项目称，首批 3 项主要标准于 2024 年发布，各组织应立即着手应用这些标准。

NIST NCCoE 迁移项目称，迁移需要各组织了解量子脆弱型公钥算法的使用位置，并制定替换或更新这些算法的路线图。

对加密行业而言，这意味着协议和钱包提供商应盘点 ECDSA、BLS、KZG、密钥交换、多重签名方案和证明系统的使用情况。

他们还应在真实的区块链约束下测试后量子替代方案。

普通企业通常可以通过内部政策更新服务器和证书。

区块链还必须保护现有地址、旧合约、冷钱包、遗失资金，并做好用户教育。

这使加密行业的迁移格外具有挑战性。

良好的迁移规划应在量子计算机变得危险很久之前就开始。

密码敏捷性

密码敏捷性是指在不破坏依赖相关算法的系统的情况下，更换密码算法的能力。

这是量子加密最重要的理念之一。

具备密码敏捷性的区块链可以添加新的签名类型、支持新钱包格式、更新证明系统，并更顺畅地淘汰易受攻击的方法。

缺乏密码敏捷性的系统可能受制于旧有假设，需要进行影响较大的硬分叉或风险较高的紧急迁移。

密码敏捷性并不意味着可以随意更换密码学方案。

它意味着建立升级路径、测试框架、回退系统和清晰的用户迁移流程。

对钱包而言，密码敏捷性可能意味着支持多种签名方案并提供清晰的账户迁移流程。

对智能合约而言，这可能意味着采用模块化签名验证和可升级账户逻辑。

对协议而言，这可能意味着规划好过渡，而不是等到最后一刻才紧急变更。

混合密码学

混合密码学是在过渡期内结合经典密码学和后量子密码学。

其目标是在新算法尚未经过长期实际部署验证之前，避免系统只依赖该算法。

例如，系统可以要求同时提供传统签名和后量子签名，才能授权某项操作。

如果旧算法仍然安全，系统就能保留熟悉的保护机制。

如果旧算法变得脆弱，后量子层则可提供额外防护。

混合方案可以提高迁移期间的信心，但也可能增加交易大小和实现复杂性。

这在加密领域很重要，因为更大的签名可能会增加手续费、占用区块空间并提高钱包复杂度。

混合签名可以作为过渡手段，但未必是所有网络的最终长期方案。

开发者必须在安全性、简洁性、性能、成本和互操作性之间进行权衡。

规划量子加密的好处

规划量子加密的首要好处是保护资产的长期安全。

用户和协议可以降低旧密钥未来成为轻易攻击目标的可能性。

第二项好处是提升网络韧性。

制定了迁移计划的区块链，在量子硬件快速进步时不太可能陷入恐慌。

第三项好处是改善钱包设计。

支持更安全的地址使用方式、灵活签名和清晰迁移流程的钱包，更容易获得用户信任。

第四项好处是为机构做好准备。

基金、托管方、支付公司和基础设施提供商需要时间测试后量子系统。

第五项好处是降低诈骗风险。

清晰的官方指引能够让诈骗者更难利用人们对量子威胁的困惑。

第六项好处是提高开发者的规范性。

了解密码学依赖关系的开发者，可以构建更容易升级的合约和协议。

量子加密的风险和局限

第一项风险是过度夸大量子威胁。

目前还不存在能够破解主流加密货币签名的量子计算机。

第二项风险是因为威胁并非迫在眉睫而忽视它。

等待太久可能会让迁移变得更加困难和混乱。

第三项风险是轻信虚假的量子安全宣传。

诈骗者可能会利用专业术语推销不安全的钱包、假代币或网络钓鱼网站。

第四项风险是过早选择了错误的后量子算法。

密码学标准可能会不断演进，实现错误也可能带来新的漏洞。

第五项风险是区块链性能。

后量子签名可能更大或验证成本更高，从而影响手续费和可扩展性。

第六项风险是用户迁移失败。

即使协议升级再完善，如果用户不了解如何安全转移资金，也可能无法成功迁移。

第七项风险是治理冲突。

社区可能会在如何处理遗失资金、不活跃地址、已暴露公钥或紧急迁移时间表等问题上产生分歧。

用户如何做好准备

用户应了解，通常没有必要仅仅因为出现量子相关头条新闻就急于立即转移资金。

用户应通过官方渠道更新钱包软件。

如果钱包支持生成新地址，用户应避免重复使用地址。

用户不应不必要地公开公钥或签名数据。

用户应避免将助记词输入任何声称能提供量子保护的网站。

用户应关注所使用区块链网络和钱包团队发布的官方信息。

用户应了解真正的协议升级与诈骗空投或虚假迁移页面之间的区别。

长期持有大量资产的用户应记录托管流程，并关注后量子迁移规划。

用户还应记住，量子风险只是加密货币风险的一种。

网络钓鱼、恶意软件、助记词盗窃、假代币、跨链桥漏洞和智能合约漏洞，都是当前更常见的威胁。

开发者如何做好准备

开发者应识别其应用使用的所有密码学原语。

这包括签名、密钥交换、哈希函数、承诺、证明系统、多重签名逻辑、跨链桥和管理控制。

开发者应避免将假设硬编码，以免导致未来无法进行密码学升级。

在选择算法之前，开发者应研究 NIST 后量子标准和区块链领域的相关研究。

开发者应在真实的交易大小和验证成本限制下测试后量子签名。

开发者应设计简单、可审计且能抵御网络钓鱼的用户迁移流程。

在适当情况下，开发者应考虑采用混合方案。

除非具备深厚的密码学专业知识并经过独立审查，否则开发者不应自行发明密码学方案。

开发者还应以通俗易懂的语言说明量子相关风险，避免用户恐慌或忽视重要更新。

关于量子加密的常见误解

一种误解是认为量子计算机现在就能窃取所有加密资产。

这是错误的，因为目前已知的量子计算机都不具备破解主流加密货币密码学所需的规模和可靠性。

另一种误解是认为量子风险只是科幻话题。

这同样不正确，因为政府、标准机构和主要协议社区已经在规划后量子迁移。

还有一种误解是认为哈希和签名面临的威胁程度相同。

Shor 算法主要威胁公钥签名，而哈希函数面临的是不同且通常没有那么直接的量子压力。

另一种误解是认为硬件钱包可以让资金免受量子攻击。

硬件钱包可以保护密钥存储，但不会改变区块链使用的密码学算法。

还有一种误解是认为名称中带有“量子”的项目都具备抗量子能力。

抗量子能力必须通过设计、标准、实现、审查和实际安全分析来验证。

常见问题

量子加密是什么意思？

量子加密是研究量子计算如何影响加密货币安全，以及后量子密码学如何保护区块链系统。

量子加密是一种特定的币吗？

不是。量子加密通常是一个广义概念，而非某一种特定代币或区块链项目。

量子计算机现在能破解比特币吗？

不能。目前没有公开已知的量子计算机能够在现实规模下破解比特币的密码签名。

量子计算机现在能破解以太坊吗？

不能。以太坊官方路线图称，目前没有量子计算机能够破解以太坊的密码学。

量子技术对加密货币的主要威胁是什么？

主要威胁是未来强大的量子计算机可能在公钥公开后破解椭圆曲线数字签名。

什么是后量子密码学？

后量子密码学是旨在抵御经典计算机和未来量子计算机攻击的密码学。

哪些 NIST 标准与后量子加密相关？

主要的 NIST 标准包括用于 ML-KEM 的 FIPS 203、用于 ML-DSA 的 FIPS 204，以及用于 SLH-DSA 的 FIPS 205。

硬件钱包能防范量子攻击吗？

硬件钱包可以保护私钥免受许多当前威胁，但无法让易受攻击的签名算法具备抗量子能力。

用户现在应该因为量子风险转移资金吗？

大多数用户不应恐慌，而应随着后量子迁移计划的推进，遵循钱包和协议的官方指引。

地址重复使用为何会影响量子风险？

重复使用地址可能导致公钥长期暴露在链上；如果量子攻击变得可行，这可能会增加未来风险。

抗量子区块链完全安全吗？

不完全安全。抗量子区块链仍可能面临漏洞、实现不佳、治理薄弱、不安全钱包或采用率低等风险。

什么是密码敏捷性？

密码敏捷性是指系统能够替换或升级密码算法，同时不破坏用户、合约或网络安全的能力。

结论

量子加密是加密行业围绕量子计算和后量子密码学展开的长期安全议题。

这一议题很重要，因为区块链依赖数字签名、公钥、哈希函数、证明系统和密码学假设，而这些都可能需要随着时间推移进行升级。

近期最重要的是保持平衡。

量子计算机目前还不能破解主流加密货币网络，但严肃的准备工作已经开始，因为密码学迁移需要数年时间。

NIST 已完成重要后量子标准，网络安全机构正在推动迁移规划，区块链社区也在研究抗量子设计。

对用户而言，最佳做法是保持钱包更新、避免重复使用地址、无视虚假的量子安全骗局，并遵循官方迁移指引。

对开发者而言，最佳做法是构建具备密码敏捷性的系统，以便在需要时支持新的签名方案和证明系统。

对协议而言，最佳做法是在量子威胁变得紧迫之前做好周密规划。

理解量子加密最简单的方式是：它旨在让加密货币安全能够应对这样一个未来——量子计算机已经成为现实，具备强大能力，并能够攻击当今的公钥密码学。