超越理論：蘇爾算法如何將量子風險轉化為緊迫行動

Vitalik Buterin 在布宜諾斯艾利斯的 Devconnect 上毫不含糊。儘管大多數區塊鏈開發者仍將量子計算視為遙遠的科幻議題，他卻傳達了一個嚴峻的訊息：保障比特幣和以太坊的橢圓曲線面臨著真正且可量化的威脅。這個警告的核心是一個徹底改變局勢的算法：Shor’s algorithm，即量子解決方案，用於破解數十年來看似數學上無法解決的密碼學問題。

數學結果令人震驚。根據 Buterin 引用的 Metaculus 平台預測，2030 年之前存在約 20% 的機率會出現能破解現有密碼學的量子電腦——中位數預估則更接近 2040 年。這些並非恐慌性猜測，而是研究界的共識預測。正如 Buterin 所說：「量子電腦今天不會破解加密貨幣，但產業必須在量子攻擊變得實用之前就開始採用後量子密碼學。」

Shor’s Algorithm：從理論威脅到實際風險

理解為何區塊鏈領導者突然從謹慎興趣轉向積極緊迫，必須掌握 Shor’s algorithm 實際的作用。這個由數學家 Peter Shor 於 1994 年提出的量子算法證明，一台足夠強大的量子電腦可以在多項式時間內解決離散對數問題——以及相關的因式分解問題。

這個技術術語具有巨大意義。當今的 ECDSA（橢圓曲線數字簽名算法）被認為是安全的，因為經典電腦需要指數時間才能逆向破解數學結構。而 Shor’s algorithm 剝除了這層保護。它將看似密碼學上不可能的問題轉化為可計算的問題，但僅在量子硬體上才有可能。

對於比特幣和以太坊，兩者都依賴 secp256k1 橢圓曲線，影響是直接的：一旦 Shor’s algorithm 在足夠強大的硬體上運行，所有權的數學基礎就會崩潰。你的私鑰，現在由數學不對稱性保護，將可以從公開金鑰推導出來——使每個暴露的地址都可能成為攻擊目標。

大家都不想面對的時間表：2030 年前 20% 的機率

在 Devconnect 上，Buterin 以一個具體的說法堅定了他的立場，將討論從理論層面拉回現實：研究顯示，在 2028 年美國總統選舉之前，對 256 位橢圓曲線的量子攻擊可能變得可行。也就是說，距今不到兩年。

Buterin 引用的 20% 機率在 3 兆美元的市場中並不微不足道。即使是低概率的災難性風險，也需要認真的工程應對。他將其比作工程師設計建築：地震可能今年不會來，但長期來看，概率足夠高，值得提前規劃建築基礎。

一個關鍵的微妙點塑造了這個時間表。如果你從未花費過某個地址的資金，區塊鏈上只會留下一個公鑰的哈希——這種形式仍具有量子抗性。但一旦你發起交易，你未哈希的公鑰就會在鏈上顯示。這個差別非常重要：意味著所有休眠地址可以更長時間保持安全，但一旦 Shor’s algorithm 上線，活躍帳戶就會面臨倒數。

為何 ECDSA 在 Shor’s Algorithm 遇上量子電腦時會崩潰

漏洞集中在不對稱性。在你的錢包中：

• 私鑰是一個大型隨機數
• 公鑰是由私鑰數學推導出的橢圓曲線上的一個點
• 地址是公鑰的哈希值

在經典硬體上，從私鑰推導公鑰是微不足道的。反向——從公鑰恢復私鑰——由於離散對數問題的數學結構，幾乎不可能計算出來。這種單向不對稱性使得 256 位的密鑰幾乎無法猜測。

Shor’s algorithm 能擊敗這個不對稱性。它在多項式時間內解決離散對數方程，將經典電腦需要數十萬億年才能完成的任務縮短到幾小時或幾分鐘——只要有足夠的量子比特。

這個 1994 年的算法並不新。改變的是工程上的路徑，讓它變得實用。

量子計算加速：Google 的 Willow 與倒數計時

Buterin 的緊迫感反映了量子硬體的真實進展。2024 年 12 月，Google 宣布了 Willow，一款擁有 105 個超導量子比特的處理器，在不到五分鐘內完成一個計算——這是當今最快超級電腦約 10 兆年才能完成的任務。

更重要的是：Willow 展示了“低於閾值”量子錯誤更正技術，增加更多量子比特反而降低錯誤率，而非累積錯誤。這代表一個長期研究目標終於實現，暗示從現有系統到實用量子電腦的路徑已經有了具體的階梯。

然而，Google 量子 AI 的主管 Hartmut Neven 提供了重要背景：Willow 目前尚不能破解現代密碼學。破解 RSA 級別的安全性，則需要數百萬個物理量子比特——遠超目前能力範圍。學術界普遍認為，要在一小時內破解 256 位橢圓曲線密碼，則需要數千萬到數億個物理量子比特。

不過，IBM 和 Google 的公開路線圖都設定了 2029-2030 年實現容錯量子電腦。數學已經證明：Shor’s algorithm 的實際威脅窗口與量子硬體的發展時間表已經重疊。

以太坊的最後防線：硬分叉方案

在這些公開警告之前，Buterin 已經草擬了以太坊的緊急應對措施。2024 年一篇 Ethereum Research 的文章概述了“在量子緊急情況下如何硬分叉以挽救大多數用戶資金”——一個如果量子突破讓生態系統措手不及的應急計劃。

這個方案分階段運作：

1. 偵測與回滾：以太坊會將區塊鏈回滾到大規模量子攻擊出現之前的最後一個區塊，基本上重置過去被盜的交易。
2. 凍結脆弱帳戶：使用 ECDSA 的傳統外部擁有帳戶（EOA）將被凍結，阻止進一步的攻擊，因為公開金鑰不再暴露。
3. 升級到量子抗性錢包：新型交易類型允許用戶證明（通過 STARK 零知識證明）他們控制原始種子，然後遷移到量子抗性智能合約錢包。

這是一個最後的救援工具，而非首選方案。Buterin 真正的論點是：現在就建立基礎設施——帳戶抽象、強健的零知識系統、標準化的後量子簽名方案——而不是在危機中臨時拼湊。

在為時已晚之前建立後量子基礎設施

令人振奮的消息是：解決方案已經存在。2024 年，NIST 完成了首批三個標準化的後量子密碼算法：

• ML-KEM 用於密鑰封裝
• ML-DSA 和 SLH-DSA 用於數字簽名

這些算法基於格子數學或哈希函數，對 Shor’s algorithm 攻擊具有數學抗性。NIST 和白宮在 2024 年的報告估計，2025 至 2035 年間，美國聯邦系統遷移到後量子密碼學的成本約為 71 億美元。

在區塊鏈方面，幾個項目正積極推進轉型。Naoris Protocol 正在開發原生整合 NIST 合規後量子算法的去中心化網絡安全基礎設施。該協議在 2025 年 9 月提交給美國證券交易委員會（SEC）時被引用為量子抗性區塊鏈基礎設施的範例。

Naoris 使用一種稱為 dPoSec（去中心化安全證明）的機制：每個網絡設備都成為驗證節點，實時驗證其他設備的安全狀態。結合後量子密碼學，這種去中心化網格消除了傳統安全架構中的單點故障。根據 Naoris 發布的數據，其測試網已處理超過 1 億筆後量子安全交易，並在實時中緩解了超過 6 億次威脅。主網預計於 2026 年初啟動。

帳戶抽象與量子就緒錢包：未來之路

多個基礎設施方向正同步推進，包括協議層和錢包層。帳戶抽象（ERC-4337）允許用戶從外部擁有帳戶遷移到可升級的智能合約錢包，實現簽名方案的切換，無需緊急硬分叉或地址變更。

已有項目在以太坊上展示了 Lamport 或 XMSS 風格的量子抗性錢包——概念驗證系統，證明技術上存在升級路徑。然而，橢圓曲線不僅限於用戶私鑰。BLS 簽名、KZG 承諾以及某些 rollup 證明系統也依賴離散對數的難度。全面的量子韌性路線圖，必須同時提供這些組件的替代方案。

基礎設施的挑戰不在於密碼學創新——數學已經可行——而在於在去中心化網絡中協調部署。這個協調工作必須從現在開始，早於危機條件迫使匆忙實施。

謹慎的聲音：時間點與風險評估的差異

並非所有專家都與 Buterin 的緊迫感一致。Blockstream CEO、比特幣先驅 Adam Back 認為量子威脅還有「數十年」的距離，主張「穩健研究而非匆忙或破壞性的協議變更」。他的核心擔憂是：恐慌驅動的升級可能引入比量子威脅本身更危險的實作漏洞。

密碼學家兼智能合約理論家 Nick Szabo 認為量子風險是「最終不可避免的」，但更重視當前的法律、治理和社會威脅。他用一個關於「琥珀」的思想實驗：隨著交易區塊的累積，對手改動交易的能力——即使有假設的量子電腦——也會逐漸受到限制。經濟和密碼學的歷史都深藏著保護。

這些立場並不與 Buterin 的觀點相矛盾；它們反映了不同的時間範圍和風險模型。新興的共識是：應該現在就開始遷移，因為將去中心化網絡轉型需要數年時間——即使攻擊窗口仍然遙遠。

在前量子世界中保護你的資產

對於加密貨幣持有者來說，實務上的建議依時間範圍而定：

對於活躍交易者：持續正常操作，同時關注協議升級動向。追蹤以太坊的後量子密碼決策，並準備在工具成熟時進行遷移。

對於長期持有者：優先選擇積極準備量子韌性的平臺和協議。偏好能在不更換地址的情況下升級其密碼學的錢包和托管方案。

降低風險的最佳做法：

• 避免地址重用：公開的公鑰越少，Shor’s algorithm 實用時的目標就越少
• 使用可升級錢包：智能合約錢包提供的密碼學彈性比固定的 EOA 設計更具長遠性
• 關注以太坊的路線圖：追蹤協議的後量子簽名標準化進程

2030 年前 20% 的機率也意味著有 80% 的機率在此期間量子電腦不會威脅加密貨幣。但在數兆美元的市場中，即使是 20% 的災難性安全失敗風險，也值得認真準備。

Buterin 的綜合觀點捕捉了平衡：將量子風險視作工程師對待自然災害的方式。不太可能今年就摧毀你的房子，但長期來看，概率足夠高，設計基礎才是經濟合理的。不同的是，對於區塊鏈基礎設施，我們仍有時間設計這些基礎——前提是現在就行動，讓 Shor’s algorithm 從理論威脅轉變為實際現實。