比特幣 vs Zcash…量子電腦與隱私競爭已啟動

[區塊媒體記者：韓志賢] 比特幣(BTC)與Zcash(ZEC)在量子電腦時代來臨之際，正具體化各自不同的生存策略。比特幣開始考慮在保持現有結構的同時，增加量子抗性簽名體系，而Zcash則已經將強大的隱私技術作為核心功能實現，並將轉向後量子(PQ)體系納入路線圖。

特別是最近，Blockstream提出了將量子抗性簽名體系「SHRINCS」應用於比特幣的具體方案，使得量子電腦的應對從研究階段轉向實際協議設計問題。

量子對抗是必須的…比特幣使用SHRINCS，Zcash則使用「Tachyon」

目前，比特幣和Zcash都尚未具備完美的量子抵抗能力。

比特幣目前使用的ECDSA和Schnorr簽名基於橢圓曲線加密(ECC)。如果出現足夠性能的量子電腦並能執行Shor算法，則從公鑰計算私鑰的攻擊在理論上是可能的。特別是已經在區塊鏈上暴露的公鑰UTXO可能成為直接攻擊的目標。

當然，這並不意味著比特幣現在就會被攻破。目前已知的量子電腦尚未達到實質上無效化比特幣的橢圓曲線加密的程度。問題在於，像比特幣這樣分散在全球的網絡轉向新的加密體系可能需要數年時間。

Blockstream也表示，雖然無法確定量子電腦何時會出現或實際出現，但由於比特幣的加密體系轉換需要相當長的時間，因此必須在威脅實現之前做好準備。

Blockstream Research正在開發SHRINCS作為解決方案。

SHRINCS是一種基於哈希函數安全性的量子抗性簽名方式，而非橢圓曲線問題。Blockstream考慮到比特幣的區塊空間有限，簽名大小直接影響成本，因此專注於減小簽名大小，相較於現有的後量子簽名。

根據提案，SHRINCS的簽名大小至少為548字節，約為目前比特幣廣泛使用的Schnorr簽名64字節的9倍。儘管如此，與美國國家標準與技術研究所(NIST)批准的SPHINCS+等其他量子抗性簽名體系相比，仍然相對較小。

性能差異也很重要。提案估計，應用SHRINCS後，比特幣的處理量約為3TPS，與目前水平相差不大。相比之下，應用某些NIST批准的量子抗性算法，處理量可能會降至0.36至0.5TPS。

SHRINCS不僅僅是一個理論上的提案。Blockstream已經在比特幣側鏈Liquid上實際測試基於SHRINCS的後量子簽名交易。然而，由於安全證明不足，仍需進一步分析和外部審查。

比特幣社區則在討論一個與此無關的方案，即在未來引入後量子輸出方式的前提下，逐步淘汰現有的ECDSA和Schnorr簽名。這種方式是在一定時間後，禁止將新的比特幣發送到對量子攻擊脆弱的地址，之後限制使用現有簽名保護的幣的支出。

Zcash的核心隱私協議Orchard也使用Pallas·Vesta橢圓曲線，因此在量子攻擊下並不安全。然而，Zcash正在進行針對量子威脅的下一代項目。

Zcash通過項目「Tachyon」設計了一種不同於現有Orchard的全新盾協議。特別是結合私密信息檢索(PIR)和後量子密鑰交換(post-quantum key exchange)，在保持擴展性的同時，開發出在量子電腦時代保護隱私的方案。

Zcash提出的「量子可恢復(quantum-recoverable)」概念正是基於此。目前整個體系並不意味著對量子攻擊免疫，而是希望在未來威脅實現時，為用戶提供安全的加密體系以恢復和轉移資產的途徑。

也就是說，Zcash將量子威脅視為不僅僅是簽名方式的問題，而是包括錢包和隱私協議在內的下一代加密體系轉換問題，這使其在某種程度上比比特幣更進一步。

隱私出發點本身就不同…BTC是「公開」，ZEC是「隱藏」

在量子抗性方面，雙方都仍在轉型過程中，但在隱私方面，出發點本身就不同。

比特幣的區塊鏈基本上是公開的。雖然地址不會顯示真實姓名，但任何人都可以查看從某個地址到另一個地址轉移了多少資金。特別是當交易所的客戶確認(KYC)信息或公開的錢包地址等與鏈上數據相連接時，可以通過區塊鏈分析追蹤資金流動。

因此，比特幣也朝著增強隱私功能的方向演變。代表性的是2021年啟用的Taproot，這使得所有複雜的支出條件不再公開在區塊鏈上，而僅顯示實際使用的條件，從而減少交易結構的暴露。此外，基於BIP-324的v2 P2P傳輸功能加密了節點之間的通信，使得網絡監視者難以掌握特定交易的首次傳播位置或節點的通信內容。還可以利用Tor等技術進一步提高隱私。

但這畢竟是在保持比特幣公開賬本的同時，降低元數據暴露或交易追蹤的可能性，因此與將隱私作為基本功能的Zcash根本不同。

Zcash從一開始就將隱私作為核心功能內化。

目前核心的Orchard Shield Pool使用「基於Halo 2的zk-SNARK」。用戶可以在不公開敏感交易信息的情況下，數學上證明該交易符合Zcash的共識規則是有效的。2022年NU5升級引入了Orchard和Halo 2。在之前的零知識證明體系中，必須完全信任在生成初始加密參數過程中產生的秘密信息被完全廢棄，但Halo 2實現了不需要這種「信任設置(trusted setup)」的結構。也就是說，徹底改變了之前零知識證明系統必須生成的秘密值的結構。

這樣可以減少可能導致ZEC偽造的理論攻擊路徑，並使未來的加密體系升級更加靈活。還引入了統一地址(Unified Addresses)，使錢包更容易利用最新的Shield Pool。

最終，比特幣的隱私策略是「保持公開賬本，但最小化不必要的信息暴露」，而Zcash則是「在隱藏交易信息的同時證明有效性」的接近。

最近，Grayscale將Zcash視為比特幣潛在競爭者的邏輯也與此相符。Grayscale認為，比特幣在貨幣(Currencies)領域的市值約占93%，擁有壓倒性的網絡效應，但在AI驅動的區塊鏈分析和量子電腦興起的環境下，積極應對金融隱私和下一代加密技術的Zcash可能會擁有「第二移動者」的優勢。這一功能在比特幣誕生之初的重要性相對較低，但現在可能成為新的競爭力。

Galaxy Research也對Zcash的隱私策略給予了積極評價。Galaxy Research副總裁Lucas Cheyan在7月底的報告中表示，Zcash開發團隊在發現Orchard漏洞後約兩個月內引入了經過形式驗證的Ironwood Pool和量子可恢復結構的應對措施，這一點「令人印象深刻」。特別是Galaxy指出，機構難以將交易策略和資產規模直接暴露在公開賬本上，分析認為「隱私不再是數字資產的一個類別，而是基礎層的必要條件」。

Zcash在隱私上優於比特幣，但存在「監管負擔」

Zcash的技術優勢並不意味著其競爭力高於比特幣。

隱私技術提高了複雜性，增加了監管機構和交易所的負擔。特別是由於難以追蹤資金流動，隱私幣與反洗錢(AML)法規持續發生衝突。

技術風險也存在。複雜的零知識證明系統在實施過程中可能出現意想不到的漏洞，需要持續的安全驗證。用戶在獲得強大隱私的同時，必須維護和驗證更為複雜的加密系統。

相對而言，比特幣則保持了相對簡單且經過驗證的加密結構和透明的賬本。保守地引入新功能的文化在安全方面是優勢，但在像量子電腦這樣需要更換現有加密體系的問題上，可能會減緩轉型速度。

目前就技術水平而言，Zcash在隱私上領先，但在量子抗性方面，雙方都尚未達到完成階段。比特幣正在實際側鏈上測試SHRINCS等候選技術，尋找主網轉換的方法，而Zcash則朝著將量子可恢復結構和後量子技術納入下一代隱私協議的方向發展。

最終，兩個區塊鏈的差異在於為應對量子計算威脅而進行的「加密體系更換」需要多長時間。比特幣需要謹慎處理，以維持17年來積累的網絡效應，而Zcash作為後發者，則相對靈活地引入最新技術。

專家指出，比特幣在量子應對中，轉型速度可能比加密技術本身更為重要。德意志數字資產上個月分析指出，「比特幣在量子計算攻擊中特別脆弱的主張，核心在於比特幣的治理速度問題」，並表示「與集中化金融機構不同，比特幣需要廣泛的網絡共識來更換加密體系」。

斯坦福大學的加密學教授Dan Boneh也認為，比特幣的量子抗性轉換將伴隨相當的成本。Boneh教授在8月公開的訪談中表示，若轉向基於SHRINCS的哈希簽名，「簽名成本將增加10倍」，而如何解決區塊大小問題尚未確定。

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