以太坊量子韌性之路：已完成 20% 的進度？

量子運算的威脅與以太坊的應對

在科技日新月異的時代，量子運算的潛力既令人興奮，也帶來了潛在的威脅。雖然目前量子電腦尚未能破解現行的加密技術，但其發展速度已足以引起警惕，特別是對區塊鏈技術而言。以太坊基金會（Ethereum Foundation，EF）及以太坊社群已經意識到這個潛在的風險，並積極採取措施，提升以太坊區塊鏈的量子韌性。

以太坊基金會密碼學研究員 Antonio Sanso 在最近的訪談中表示，他對以太坊在量子攻擊真正出現之前具備量子安全能力充滿信心。他強調，以太坊社群正在大規模地研究這個議題，並且已經開始執行階段。他們有信心能夠在期限內完成目標。

以太坊的量子韌性策略

以太坊基金會已將後量子（Post-Quantum，PQ）安全列為首要戰略重點。他們成立了由 Thomas Coratger 領導的後量子團隊，並且由 Sanso 主導每兩週一次的 All Core Devs 量子安全電話會議。這項工作規模龐大，因為以太坊的執行層、共識層和資料可用性層都需要升級。Sanso 指出，建立後量子解決方案並非只針對單一部份，而是需要遷移以太坊所有不同的主要領域。

當被問及目前工作的進度時，Sanso 表示，不同層面的解決方案進展速度不同，因此無法給出一個整體的百分比。但他預估，整體進度約為 20%。

多客戶端後量子開發網路與路線圖

目前，多客戶端後量子開發網路已經上線，並且即將發布後量子路線圖，目標是在未來幾年內完成全面轉換，實現「零資金損失」和「零停機」。

使以太坊具備量子韌性只是精簡以太坊（Lean Ethereum）計畫的一部份。該計畫旨在透過零知識（Zero-Knowledge，ZK）技術，使以太坊更快、更簡單、更去中心化，同時也能抵抗量子攻擊。

比特幣的態度與以太坊的挑戰

對於以太坊積極應對量子威脅的態度，與比特幣形成了鮮明對比。比特幣的領導者們，如 Adam Back 和 Michael Saylor，淡化了變更的必要性，認為量子電腦可能還需要數年或數十年才能出現。但 Vitalik Buterin 在 DevConnect 大會上指出，量子電腦破解密碼的中位數預測是 2040 年，但仍有 20% 的機率在 2030 年之前發生。

儘管如此，實際上較少比特幣容易受到量子攻擊。據估計，約有 600 萬枚比特幣，主要位於較舊的、公鑰已暴露的地址中，目前處於風險之中。然而，絕大多數的以太坊和所有 Solana 都容易受到攻擊。比特幣的修正方案相對簡單，但更大的後量子簽章仍然是一個大問題。

Sanso 解釋說，從技術角度來看，遷移比較簡單。但在人為層面，找到共識可能會有困難。而以太坊則沒有這個問題，但在技術上需要遷移的東西更多。儘管兩者都需要更改執行交易簽章，但在執行層、共識層和資料可用性層中，執行層是最簡單的，而另外兩者則更加複雜。

時間表與應急方案

Sanso 預測量子電腦破解密碼的時間點可能在 2030 年代中期。他預計精簡以太坊計畫將在 2028 年至 2032 年之間完成。但考慮到大型語言模型和零知識證明技術的快速發展，量子電腦有可能在以太坊完全完成量子化之前，就已經能夠破解區塊鏈。

為了提高乙太幣（ETH）的安全性，您可以立即將其發送到一個新的、未使用的地址，因為公鑰不會暴露（量子電腦使用 Shor 演演算法，反向推導出私鑰）。未來，使用帳戶抽象和後量子簽章的智慧錢包將保護您的 ETH。

目標是採用一種新的、後量子的演演算法，可能是基於 lattice 或 hash 的。這種演演算法將與帳戶抽象整合。Zknox 在 2023 年 11 月的 DevConnect 大會上展示了一個硬體錢包，該錢包具有與以太坊現有基礎設施相容的後量子 Dilithium 簽章。

然而，後量子簽章的體積非常大。最輕量的 Falcon 簽章仍然比目前的橢圓曲線數位簽章演演算法（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm，ECDSA）大 10 倍。

挑戰與解決方案

Sanso 解釋說，在 Solidity 中編寫 lattice 解決方案會耗費大量的 gas。因此，有人提出了一個以太坊改進提案（Ethereum Improvement Proposal，EIP），旨在處理核心協議之外的預編譯，以加快速度並降低成本。

將比目前簽章大 10 倍的簽章納入鏈中，可能需要一系列不同的措施，包括使用 ZK-STARKs 來壓縮大小。

此外，Buterin 在 2024 年 3 月制定了一個應急方案，以應對量子攻擊。該方案涉及硬分叉，以及讓 ETH 持有者證明他們是特定地址合法所有者的方法，然後再將其轉換為持有同等餘額的後量子地址。

Sanso 表示，這個方案已經有所進展，他們一直在研究讓 ETH 持有者使用零知識證明來安全地證明他們擁有地址的正確種子的方法。他希望在 EthCC Cannes 或印度 Devcon 大會上展示這個專案。

根據批准的 EIP，該系統也可用於計劃中的後量子簽章轉換。個人可以證明對地址的所有權，然後關閉帳戶中現有的、容易受到量子攻擊的 ECDSA 部分。

Sanso 指出，選擇包含哪些 EIP 將是一個漫長的過程，最終將由社群決定。第一次 All Core Devs 量子安全「分組討論」會議已安排在 2026 年 2 月 4 日舉行。根據 Drake 的說法，每兩週一次的會議將「專注於面向使用者的安全性，涵蓋專用的預編譯、帳戶抽象和長期交易簽章聚合與 leanVM」。

保護您的以太幣

總而言之，以太坊正積極應對量子運算帶來的威脅，並且制定了全面的策略，以確保區塊鏈的長期安全。儘管面臨著挑戰，但以太坊社群的決心和創新精神，使其走在量子韌性的前沿。透過了解這些風險，並採取預防措施（例如將您的 ETH 轉移到新的地址），您可以保護您的數位資產，並為以太坊更安全的未來做出貢獻。儘管量子運算的威脅迫在眉睫，但以太坊社群的積極應對表明了對區塊鏈技術的韌性和適應性的承諾。

結論

面對量子運算的潛在威脅，以太坊社群展現了高度的警覺性與積極的應對措施。從成立專門的團隊到制定應急方案，以太坊正努力確保區塊鏈的長期安全。儘管挑戰重重，以太坊的決心和創新精神，將使其在量子韌性的道路上持續前進，為數位資產的未來保駕護航。