量子計(jì)算的快速發(fā)展可能會(huì)給某些類(lèi)型的比特幣交易帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。那么我們?nèi)绾螒?yīng)對(duì)這種風(fēng)險(xiǎn)呢？

一些人預(yù)測(cè)，量子計(jì)算的快速進(jìn)步將對(duì)使用公鑰密碼術(shù)的領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響，例如比特幣生態(tài)系統(tǒng)。

比特幣的“非對(duì)稱(chēng)密碼學(xué)”是基于“單向函數(shù)”的原理研究出來(lái)，這意味著公鑰可以很容易地從其對(duì)應(yīng)的私鑰中推導(dǎo)出來(lái)，反之則不然。這是因?yàn)榻?jīng)典算法需要非常長(zhǎng)的時(shí)間（例如：數(shù)百年）來(lái)執(zhí)行逆向解密計(jì)算，因此在實(shí)際中無(wú)法破解。然而，Peter Shor 的量子算法在足夠先進(jìn)的量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，理論上能在可以接受的時(shí)間內(nèi)完成此類(lèi)解密運(yùn)算，進(jìn)而偽造數(shù)字簽名。

量子計(jì)算帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)

為了更好地了解高級(jí)量子計(jì)算帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)水平，我們將問(wèn)題限制在簡(jiǎn)單的個(gè)人對(duì)個(gè)人支付上。這些可以分為兩類(lèi)，每類(lèi)都受到量子計(jì)算的不同影響：

1. 支付到公鑰（p2pk）：這里的公鑰可以直接從錢(qián)包地址獲取。量子計(jì)算機(jī)可能會(huì)被用來(lái)推導(dǎo)出私鑰，從而允許攻擊者在該地址上使用資金。

2. 支付到公鑰哈希（p2pkh）：這里，地址由公鑰的哈希組成，因此不能直接獲得，它僅在交易開(kāi)始時(shí)顯示。因此，只要資金從未從 p2pkh 地址轉(zhuǎn)移，公鑰是未知的，即使使用量子計(jì)算機(jī)也無(wú)法導(dǎo)出私鑰。但是，如果資金從 p2pkh 地址轉(zhuǎn)移，則會(huì)顯示公鑰。因此，為了限制公鑰的暴露，此類(lèi)地址不應(yīng)被多次使用。

雖然避免重復(fù)使用 p2pkh 地址可以限制漏洞，但仍有可能出現(xiàn)具有量子計(jì)算能力的對(duì)手可以成功實(shí)施欺詐的情況。即使從“安全”地址轉(zhuǎn)移硬幣的行為也會(huì)揭示公鑰。從那一刻到交易被開(kāi)采，對(duì)手都有機(jī)會(huì)竊取資金。

用量子計(jì)算攻擊比特幣的理論方法

1. 交易劫持：在這里，攻擊者根據(jù)待處理交易的公鑰計(jì)算私鑰，并使用相同的幣創(chuàng)建沖突交易，從而竊取受害者的資產(chǎn)。對(duì)手提供更高的費(fèi)用，以激勵(lì)將受害者的交易納入?yún)^(qū)塊鏈。需要注意的是，在挖掘受害者的交易之前，攻擊者不僅要?jiǎng)?chuàng)建、簽名和廣播沖突的交易，還必須首先運(yùn)行 Shor 的算法來(lái)導(dǎo)出私鑰。顯然，時(shí)機(jī)對(duì)于此類(lèi)攻擊至關(guān)重要。因此，量子計(jì)算機(jī)的性能水平?jīng)Q定了這種威脅模式的成功概率。

2. 私自挖礦：在這個(gè)潛在的攻擊模式上，攻擊者理論上可以使用 Grover 算法在挖礦時(shí)獲得不公平的優(yōu)勢(shì)。這個(gè)量子計(jì)算例程有助于搜索非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并可以提供哈希率的二次跳躍。量子加速所引發(fā)的挖掘能力突然加速，可能會(huì)導(dǎo)致價(jià)格不穩(wěn)定和對(duì)鏈本身的控制，從而導(dǎo)致可能的 51% 攻擊。

3. 組合攻擊：結(jié)合上述兩個(gè)模式，攻擊者理論上可以建立一條秘密鏈，并在領(lǐng)先時(shí)選擇性地發(fā)布區(qū)塊以重組公共鏈。對(duì)手還可以選擇同時(shí)劫持交易。在這里，量子欺詐不僅會(huì)攔截獎(jiǎng)勵(lì)和交易費(fèi)用，還會(huì)劫持在被覆蓋的交易中花費(fèi)的（非抗量子）地址中包含的所有資金。

對(duì)抗?jié)撛诹孔佑?jì)算攻擊模式的方法

欺詐分析

數(shù)據(jù)科學(xué)工具可用于在對(duì)手竊取資金的機(jī)會(huì)窗口中降低風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)內(nèi)存池 API 收集的數(shù)據(jù)可用于運(yùn)行實(shí)時(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，以發(fā)現(xiàn)提供的交易費(fèi)用中的異常情況，從而標(biāo)記交易劫持企圖。此類(lèi)算法還可以幫助發(fā)現(xiàn)區(qū)塊鏈哈希值的急劇跳躍，并相應(yīng)地對(duì)可能的“私自挖礦”發(fā)出警報(bào)。

動(dòng)態(tài) AI 模型可以隨時(shí)計(jì)算待處理交易的欺詐風(fēng)險(xiǎn)，直到交易確認(rèn)為止。這些模型可以為每個(gè)威脅模式推斷對(duì)手的潛在利潤(rùn)，從而得出任何交易是欺詐的可能概率?；谶@種可能性概率，可以設(shè)計(jì)相關(guān)的保險(xiǎn)產(chǎn)品，覆蓋未決交易的欺詐風(fēng)險(xiǎn)，其定價(jià)可以根據(jù)模型推斷的欺詐概率動(dòng)態(tài)計(jì)算。

此外，可以為區(qū)塊鏈中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算“聲譽(yù)得分”。捕獲設(shè)備詳細(xì)信息、IP 地址等的 API 可用于將活動(dòng)（挖掘和/或交易）聚集到同構(gòu)集群中，因此很有可能來(lái)自相同的用戶。此類(lèi)模式還可用于直接檢測(cè)區(qū)塊鏈中的量子計(jì)算機(jī)。在聯(lián)合攻擊的情況下，“聲譽(yù)得分”可能具有特殊意義，因?yàn)閷?duì)手使用多方攻擊的方法來(lái)吸取資金。

比特幣的公共交易日志提供了有關(guān)用戶個(gè)人資料的大量數(shù)據(jù)。“網(wǎng)絡(luò)算法”可以使用這些信息鏈接不同的錢(qián)包地址，從而揭露協(xié)同攻擊。這可以使我們能夠?qū)⑹褂昧肆孔油{的對(duì)手的錢(qián)包地址列入黑名單。

錢(qián)包界面設(shè)計(jì)

通過(guò)用戶界面的設(shè)計(jì)，可以策略性地放置警告消息來(lái)幫助提醒客戶，注意重復(fù)使用地址的風(fēng)險(xiǎn)。

共識(shí)規(guī)則

有效激勵(lì)設(shè)計(jì)的原則可用于制定共識(shí)規(guī)則的變化，例如對(duì) p2pk 和重復(fù)使用的 p2pkh 錢(qián)包的交易費(fèi)用進(jìn)行加價(jià)。這將提示用戶切換到更安全的行為。此外，這將縮短此類(lèi)交易的確認(rèn)時(shí)間，因?yàn)榈V工會(huì)首先選擇它們，從而縮小對(duì)手的機(jī)會(huì)之窗。

結(jié)論

隨著量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，量子比特?cái)?shù)量的增多和計(jì)算能力的提升，可能會(huì)引發(fā)動(dòng)搖比特幣底層加密基礎(chǔ)的問(wèn)題。在大量比特幣從不安全地址被盜的情況下，即使遵守安全最佳實(shí)踐的用戶也可能會(huì)受到影響，從而導(dǎo)致價(jià)格波動(dòng)加劇。后量子密碼學(xué)的一系列廣泛舉措正在進(jìn)行中，以期能減輕這種情況。

需要注意的是，“量子霸權(quán)”的出現(xiàn)并不一定意味著比特幣生態(tài)系統(tǒng)的削弱。更好的量子計(jì)算系統(tǒng)，最終將成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的更好的工具。

雖然量子計(jì)算機(jī)的非對(duì)稱(chēng)使用階段可能會(huì)產(chǎn)生多種模式的威脅，但強(qiáng)化欺詐風(fēng)險(xiǎn)管理原則和提升用戶意識(shí)，不失為一種面向未來(lái)的解決方案。

編譯：王珩

編輯：慕一