量子计算的兴起在加密货币世界内引发了重大辩论，尤其是关于比特币的长期安全性。比特币的基础安全性取决于两项关键技术：数字签名和哈希函数。

量子计算的最新进展，尤其是谷歌的Willow 晶片，引发了人们对量子计算机是否最终会破坏这些系统，从而威胁比特币网路完整性的担忧。

然而，德克萨斯A&M 大学专门研究比特币和博弈论的教授Korok Ray 等专家认为，比特币将适应这种新出现的威胁。

比特币和量子：数字签名的作用

比特币交易在很大程度上依赖于数字签名来确保交易是合法的，并且是由比特币钱包的合法拥有者进行的。

这些签名是使用加密演算法生成的，最初是通过椭圆曲线数字签名算法（ECDSA） 生成的。然而，随着2021 年Taproot 升级，比特币过渡到使用Schnorr 签名，这种签名在本质上更高效、更私密、更简单。

然而，ECDSA 和Schnorr 签名都无法抵抗量子攻击。量子电脑有可能以比经典计算机更快的速度解决这些签名背后的复杂数学问题，从而打破比特币交易的加密安全性。

为了抵消这种风险，德克萨斯A&M 的Juan Garay 等研究人员正在探索替代方案，例如Lamport 签名，这些签名被认为具有抗量子性。

这种系统的实施可以遵循与Taproot 升级相同的模型，即软分叉——一种向后相容的更改，允许使用者在不中断整个比特币网路的情况下将他们的资金迁移到量子安全位址。

然而，这可能会引发有争议的问题，尤其是对于不活跃的位址，例如与比特币的假名建立者中本聪相关的位址，可能需要硬分叉，这是比特币社区内部的一个分裂举措。

对比特币哈希函数的威胁

除了数字签名之外，比特币的安全性还依赖于哈希函数，尤其是SHA-256演算法。

这些哈希函数会生成唯一的输出，因此攻击者在计算上对输入数据进行逆向工程是不切实际的。 SHA-256 还支援比特币的工作量证明共识机制，该机制验证新区块并保护区块链。

但是，量子计算机可能会通过查找哈希冲突或反转哈希过程来利用SHA-256中的漏洞，从而使它们能够操纵区块链数据。

最令人担忧的情况涉及51% 攻击，量子驱动的攻击者可以改写比特币的交易历史或进行双花。

Ray 认为，虽然这是一个潜在风险，但对恶意行为者最经济合理的量子计算使用可能会集中在挖矿而不是破坏区块链上。

量子矿工的性能可能优于传统矿工，垄断了向区块链添加新区块的过程，从而将比特币挖矿变成由具有量子能力的实体控制的寡头垄断。

缓解量子威胁

为了应对这些风险，比特币开发人员可以从SHA-256过渡到抗量子哈希函数。这样的升级虽然具有挑战性，但在技术上是可行的，并且可以效仿之前比特币改进所开创的先例。

然而，鉴于加密货币的去中心化性质，这需要比特币的矿工和网路参与者达成广泛共识。

量子计算的长期威胁

尽管量子计算带来了理论风险，但专家们一致认为，对比特币的量子攻击并非迫在眉睫。构建和扩展能够破解比特币密码学的量子计算机是一项艰巨的任务，仍然需要硬体和演算法的重大进步。

此外，随着比特币的经济意义不断增长，解决量子漏洞的激励措施将会增加。

比特币的开源性质促进了开发人员、密码学家和学者之间的合作，确保应对量子威胁的解决方案能够得到严格的测试和采用。

加密货币社区积极主动地应对挑战的方法历来使比特币能够成功发展以应对各种威胁。

结论

虽然量子计算对比特币安全的威胁并不直接，但加密货币必须保持警惕和适应性。

量子计算机破解当前加密方案的潜力带来了长期挑战，但比特币的开源和去中心化性质使其能够很好地发展以应对这些新出现的风险。

为了避免由于量子功能而导致少数大型实体主导挖矿的情况，Ray 建议过渡到抗量子哈希函数将是最直接的解决方案。

通过持续的合作和创新，比特币可以确保其对未来技术进步的弹性，在未来几年内保持其作为安全和去中心化的价值储存手段的地位。

常见问题

量子计算如何威胁比特币的安全？

量子计算可能会破坏比特币的加密基础，例如数字签名和哈希函数，从而对比特币构成风险。量子计算机可以比经典计算机以指数级的速度解决复杂的数学问题，从而损害比特币交易的安全性，并使攻击者能够操纵区块链数据或进行双重支出。

比特币量子威胁的潜在解决方案有哪些？

研究人员正在探索抗量子解决方案，例如Lamport 签名和新的量子安全哈希函数，以保护比特币免受量子攻击。这些升级可以以类似于比特币之前的升级（如Taproot）的方式实现，允许使用者在不中断网路的情况下将他们的资金迁移到量子安全位址。

比特币是否面临量子计算的直接风险？

虽然量子计算在理论上对比特币构成了长期风险，但破解比特币加密系统所需的技术仍处于发展阶段。专家认为，攻击并非迫在眉睫，比特币的去中心化、开源性质允许持续创新和适应新出现的威胁。