前言

背景與目的：

位於懷俄明州的區塊鏈安全與密碼學公司 AmericanFortress 的研究人員提出了一種密碼學設計，旨在幫助比特幣和其他區塊鏈錢包抵禦未來容錯量子電腦帶來的威脅。他們的工作旨在應對 Q-Day — 即運行 Shor 演算法的量子裝置可能從公鑰推導出私鑰的那一刻 — 同時不強制使用者遷移資金到新地址。本文總結了所提系統、其目標、作者採取的方法、原型效能及實際採用時的考量。

重點摘要

關鍵結論：該團隊建議以零知識證明取代傳統的橢圓曲線簽名，以在保持現有分層確定性（HD）地址不變的情況下，證明對錢包助記種子的所有權。原則上不需要立即用戶遷移。此設計稱為 ZKPoSP，將一種種子證明方法與向後相容的密鑰推導方法（QBIP32）配對，優先考量錢包、交易所和其他生態系統參與者的連續性。

正文

量子硬體的快速發展已經對支撐現代區塊鏈的密碼學提出緊迫的疑慮。例如 Google 的 Willow 處理器等進展縮短了量子電腦達到足以針對常用公鑰方案運行 Shor 演算法的規模與保真度的時間表。在區塊鏈系統中，公鑰的暴露——尤其是在資金被花費並且密鑰出現在鏈上時——會創造一個脆弱點：足夠強大的量子對手可能恢復對應的私鑰並簽署交易，實際上竊取資金。

AmericanFortress 的研究人員以 Q-Day 為問題框架，指稱假設性的那一刻：量子機器能夠在大規模上執行此類密鑰恢復。比特幣和許多其他網路依賴橢圓曲線密碼學；因此為後量子時代做準備需要重新檢視錢包如何證明所有權並授權支出。典型的緩解策略包括將資金轉移到抗量子的地址方案或替換易受攻擊的簽名演算法，但這兩種方法都會帶來操作摩擦與廣泛的遷移需求。

論文中描述的提案提供了另一條途徑：與其更改地址或公鑰，不如用一種零知識證明系統取代簽名機制，該系統驗證對錢包助記種子的控制權。該種子是分層確定性錢包（例如 BIP32、BIP44 及 SLIP-10 等標準）的基礎，並保持機密。透過在不揭示種子的情況下證明對其的知識，合法持有人即可展示支出權限——即使個別派生私鑰已被或可能被量子對手破解。此設計旨在保留地址相容性並減少立即遷移的負擔。

提出的兩個主要組件為：首先是 ZKPoSP（Zero-Knowledge Proof of Seed Provenance），一種以零知識方式證明來自錢包種子的所有權的證明構造；其次是 QBIP32，一種支援多條橢圓曲線並與現有分層確定性錢包結構保持相容的密鑰推導方案。兩者合力使錢包能以證明物件取代經典簽名來認證交易，同時保留現有鏈上地址格式。

為驗證可行性，研究人員使用 RISC Zero 零知識虛擬機在 Rust 中實現了原型。論文報告的基準結果顯示，在其環境中生成證明約需 12–13 秒，而驗證時間約為 9–10 毫秒。研究者也意識到這些生成時間可能在日常運作中成為限制因素，因此描述了一種在 Q-Day 後模式中可為某些操作減少出證時間的方式，並提出了提高普遍可用性的優化途徑。

儘管該設計與原型令人有希望，論文強調這並非已部署的解決方案。採用需要眾多生態系統參與者之間的協調：錢包開發者、交易所營運者、礦工、節點作者與最終使用者。可能需要對交易驗證規則或錢包行為做出變更，且在任何正式部署前都需進行嚴格的安全審計與互通性測試。

近月來，整個加密產業對後量子防禦的興趣有所上升。其他團體也提出了互補方法：在 Q-Day 之後允許使用者以種子短語證明錢包所有權的專案、後量子交易格式的專用測試網與實現，亦有業界資金與聯盟支持針對抗量子防禦的研究。被暴露的密鑰估算以及公私部門對量子運算基礎設施的不斷投資突顯了這一挑戰的廣度。

總而言之，AmericanFortress 的提案提供了一個務實選項，試圖在對抗量子威脅的安全性與為數十億地址及現有錢包基礎設施維持連續性之間取得平衡。以零知識的種子所有權證明取代簽名是一個新穎方向，它用設計上的取捨換取避免大規模資金遷移的可能性。雖然原型結果顯示了技術可行性，但實際部署將取決於生態系共識、進一步的優化與審慎的安全驗證。

關鍵見解表