量子算法對比特幣區塊鏈攻擊的研究

摘要：以比特幣為核心交易貨幣的區塊鏈技術分布在一個去中心化的P２P網絡中，近年來在如醫療、金融、智能制造等多個領域的市場中展現出了蓬勃的生機，極具發展前景.然而量子技術的不斷發展進步對區塊鏈的安全性能產生了極大的沖擊.首先闡述比特幣網絡中PoW 共識算法對哈希函數的依賴性和交易事務中數字簽名ECDSA 加密算法的工作原理，而后針對２類具有潛在威脅性的量子算法———Grover算法和Shor算法———對比特幣區塊鏈的攻擊機制展開分析.得出結論：Grover算法可對PoW 中的SHA２５６哈希函數進行快速求解，有望在未來完成攻破;Shor算法可通過ECDSA加密算法中的公鑰信息推導出私鑰，從而竊取交易成果.最后列舉了幾種改進算法以應對量子攻擊.

關 鍵 詞：比特幣;區塊鏈;量子攻擊;共識機制;數字簽名

中圖分類號：TP１８３;S－３ 文獻標志碼：A

doi：１０．３９６９/j．issn．１６７３ ５８６２．２０２４．０１．００６

區塊鏈作為一種去中心化的分布式賬本技術，融合了密碼學算法、共識機制、點對點分布式網絡等多項成熟技術.基于其在交易中不可篡改、不可偽造、可追溯、數據安全透明等優越特性，區塊鏈的應用由最開始的數字貨幣技術逐漸橫跨金融、醫療、物聯網、智能制造等多個行業領域，展現出了蓬勃的發展前景和經濟價值.比特幣是區塊鏈的底層核心代表技術之一，自２００８年１０月由中本聰首次提出以來[１]，激發了如Ethereum、Litecoin、Monero及ZCash等多種區塊鏈技術的研發，目前擁有超過１０００億美元的巨大市場價值.作為區塊鏈交易中的數字貨幣，比特幣的安全性依賴于工作量證明機制（proofofwork，PoW）和數字簽名技術.前者通過各節點的挖礦競爭將工作量寫入數字賬本，保證數據和節點共識的一致性;后者基于橢圓曲線數字簽名算法（ellipticcurvedigitalsignaturealgorithm ，ECDSA），通過對授權交易的加密簽名完成身份驗證，維護區塊鏈的魯棒性[２].