量子事件视界：以太坊网络中的密码学漏洞
发布: (2025年12月29日 GMT+8 23:38)
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原文: Dev.to
Source: Dev.to
以太坊的量子威胁
量子计算与区块链的交叉带来了重大的密码学挑战。随着以太坊保护着数千亿美元的数字资产，它对传统 椭圆曲线密码学 (Elliptic Curve Cryptography, ECC) 的依赖构成了可量化的风险。
近期围绕这一风险的讨论——往往激烈且带有争议——层出不穷。
在本文的第一篇中，我将探讨 密码学相关量子计算机 (Cryptographically Relevant Quantum Computers, CRQCs) 对以太坊生态系统构成的威胁。
为什么以太坊易受攻击
- EOA 安全 – 以太坊依赖离散对数问题的计算难度，通过 secp256k1 曲线来保护外部拥有账户（EOA）。
- 共识安全 – 权益证明（PoS）共识机制使用 BLS12‑381 曲线进行聚合签名。
与经典计算机不同，量子算法可以在多项式时间内求解离散对数问题。
量子计算基础
- Shor’s algorithm 为隐藏子群问题提供指数级加速。经典算法求解椭圆曲线离散对数问题（ECDLP）需要指数时间，而 Shor’s algorithm 将其降低到多项式时间。
- 预测威胁的关键指标是破解 secp256k1 所需的 逻辑量子比特数量（经纠错的单元）。最新研究表明 下限为 523 个逻辑量子比特。即使是保守模型估计 2,500 个逻辑量子比特，相较于硬件路线图（预计在 2030 年初前实现 >1,000 个逻辑量子比特的系统）也呈现出令人担忧的时间表。
紧迫性： 量子技术发展加速，而升级去中心化协议需要社会共识、标准化以及用户迁移。如果硬件能力超前于迁移时间表，以太坊将面临在防御完全部署之前网络已被“拦截”的情形。
脆弱性所在
| 层级 | 脆弱性 |
|---|---|
| 执行 | 以太坊地址是公钥的哈希。从未发送过交易的地址是量子安全的，因为公钥未被泄露。一旦交易被签名并广播，公钥就会记录在链上。量子攻击者可以收集暴露的公钥并推导相应的私钥。这威胁到高价值目标，如协议金库和重复使用地址的早期采用者。 |
| 共识 | PoS 使用 BLS 签名以利用其聚合特性，允许同时验证成千上万的验证者证明。对 BLS 方案的量子破解将使攻击者伪造证明、无惩罚地双重签名并破坏最终性。 |
| 迁移 | 当用户广播交易将资金转移到量子安全钱包时，公钥会在内存池中泄露。量子对手可以推导私钥并广播一笔更高手续费的竞争交易，在迁移交易被处理之前窃取资金。（此风险将在本系列的最后一篇文章中进一步探讨。） |
后量子密码学 (PQC) 候选方案
| 特性 | ECDSA (Current) | ML‑DSA (formerly Dilithium) | SLH‑DSA (formerly SPHINCS+) | STARK Proofs |
|---|---|---|---|---|
| 问题 | 离散对数 | 模格 | 哈希函数 | 哈希函数 |
| 抗量子性 | 已破坏 | 强 | 非常强 | 非常强 |
| 公钥大小 | 33 bytes | 1,952 bytes | 32‑64 bytes | 不适用（已哈希） |
| 签名大小 | 65 bytes | 3,309 bytes | ~8 KB ‑ 30 KB | 极小（已聚合） |
| Gas 成本 | 低 | 高 | 不可接受 | 高（固定成本） |
观察
- 防御性降级： PQC 迁移会在没有直接功能收益的情况下增加成本。
- Gas 限制压力： 以太坊的区块 Gas 限额限制了吞吐量。ML‑DSA 所需的签名大小约增加 50 倍，会因 calldata 定价而显著提升交易的基础成本。
- 状态膨胀： 更大的公钥会增大以太坊状态的规模，要求节点运营商提供更多硬件，可能导致中心化。
迁移路径
账户抽象 (ERC‑4337)
账户抽象将持有资产的地址与签名方案解耦，使 智能合约钱包 能够升级其验证逻辑。这对于平稳的 PQC 过渡至关重要。
“冻结与恢复” 策略（在突发量子突破的情况下）
- 回滚 – 将链回退到攻击前的状态。
- 冻结 – 协议拒绝所有 EOA 交易。
- 恢复 – 用户通过其种子短语的 ZK‑proof（零知识证明）来证明所有权（该种子短语经过哈希处理，保持量子安全）。
风险：
- 重大治理挑战；协调一次硬分叉需要时间，在此期间市场可能遭受灾难性中断。
- 何时回滚的政治决策可能削弱对网络不可变性的信任。
展望未来
量子威胁对以太坊是真实且在加速的。虽然能够破解 secp256k1 的实用 CRQC 的时间表仍不确定，但 硬件进展与协议迁移之间的差距 正在缩小。
主动的、社区驱动的向后量子原语迁移——利用账户抽象（Account Abstraction）和精心设计的治理机制——对于在量子时代保持以太坊的安全性和去中心化至关重要。
敬请期待下一篇文章，我们将深入探讨迁移交易攻击向量及具体的缓解策略。
DAO 硬分叉争议
- 回顾关于 DAO 硬分叉的争议。
量子时代对 secp256k1 的威胁
- secp256k1 对大约 523 逻辑量子位 的量子计算机的脆弱性，使风险时限可能在 2030 年代初 出现。
紧急协议
- 虽然存在紧急协议，但它们将导致严重的经济冲击。
可持续前进之路
- 可持续路径涉及主动采用 Account Abstraction 和 ML‑DSA signatures。
- 这一转变将从根本上改变网络经济，需要依赖 Layer 2 scaling 来吸收实现后量子安全所需的数据开销。