比特幣的量子困境：擴容區(qū)塊 還是采用STARK證明？
StarkWare 聯(lián)合創(chuàng)始人 Eli Ben-Sasson 表示，ZK-STARK 是解決比特幣實現(xiàn)抗量子安全所衍生各類問題的最優(yōu)方案，同時還能推動比特幣走向大規(guī)模普及。
除此之外，他稱 Blockstream 創(chuàng)始人 Adam Back 也認(rèn)同這一觀點。
本周，Eli Ben-Sasson 因在 X 平臺發(fā)布一條頗具爭議的提議登上新聞，他建議將比特幣年化通脹率提升至 4%。Grok 針對評論區(qū)的分析顯示，沒有任何人明確支持該提議。
但作為 STARK（具備量子安全、基于哈希的零知識證明體系）的共同發(fā)明者，他在這條技術(shù)路線上的立論扎實得多，部分比特幣頂尖研究人員也對該思路表示認(rèn)可。
Eli Ben-Sasson 主導(dǎo)的項目 StarkNet 上周公布三期路線圖，目標(biāo)實現(xiàn)自身網(wǎng)絡(luò)的抗量子化。
比特幣面臨后量子簽名體積龐大的難題
單純給比特幣引入零知識證明，并不能直接讓區(qū)塊鏈具備抗量子安全性。引入 ZK 證明，是為了解決比特幣部署體積大得多的后量子（PQ）簽名方案后隨之產(chǎn)生的各類痛點。
美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）目前選定的一批后量子簽名，數(shù)據(jù)體量是比特幣現(xiàn)有 ECDSA、Schnorr 簽名方案的 10 至 100 倍。
有觀點認(rèn)為，如果直接部署這類簽名，比特幣網(wǎng)絡(luò)吞吐量可能降至每秒不足 1 筆交易。但一個區(qū)塊內(nèi)所有體積龐大的交易簽名，可以被壓縮為一份極小的 ZK-STARK 證明。由于這份證明甚至比現(xiàn)有簽名總體積還要小，區(qū)塊鏈最終的運行速度反而有望提升。
Eli Ben-Sasson 指出：“如果不采用 ZK-STARK 簽名聚合方案，那毫無疑問會是一步糟糕的棋，因為它無法真正解決核心問題 —— 普通人究竟能不能順暢使用比特幣。”
“想要達成目標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)必須具備極高擴容能力。要實現(xiàn)這點，簽名聚合這類技術(shù)必不可少，單純擴大區(qū)塊容量遠遠不夠。”
量子時代的另一條路徑：擴容比特幣區(qū)塊大小
PostQuantum.com 撰稿人、Applied Quantum 創(chuàng)始人 Marin Ivezic 向 Cointelegraph 表示，比特幣隔離見證（SegWit）方案最多可將大容量簽名帶來的占用降幅達到 75%。但他針對美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）ML-DSA-44 算法開展建模測算：該方案單筆簽名大小高達 2420 字節(jié)，區(qū)塊承載交易量將從當(dāng)前 2500–3000 筆降至約 500–700 筆，區(qū)塊大小之爭由此浮出水面。
擴容比特幣區(qū)塊容量確實是可行備選方案，但早在 2017 年社區(qū)就曾圍繞區(qū)塊容量翻倍提案產(chǎn)生嚴(yán)重分歧。當(dāng)年諸多反對理由時至今日依然成立：區(qū)塊擴容屬于粗放式解決方案，會要求所有節(jié)點傳輸、存儲、驗證數(shù)量龐大得多的數(shù)據(jù)。運行節(jié)點成本與硬件門檻隨之抬升，批評者認(rèn)為這將推動網(wǎng)絡(luò)走向中心化。
Blockstream 研究院近數(shù)月一直在研究如何壓縮適用于比特幣、基于哈希的后量子簽名方案，并推出前景可觀的 SHRINCS 與 SHRIMPS 簽名算法。常規(guī)場景下，二者簽名體積約為比特幣現(xiàn)有簽名的 5 倍；但倘若用戶丟失錢包、需要恢復(fù)賬戶時，簽名體積最高會膨脹至原有簽名的 40 倍。
盡管 SHRINCS 已經(jīng)在 Liquid 側(cè)鏈上用于真實交易簽名，但該技術(shù)仍處于早期研發(fā)階段，在實現(xiàn)復(fù)雜度與使用體驗上存在短板。除非同步擴大區(qū)塊容量，否則體量激增的簽名依舊會拖慢整條區(qū)塊鏈。
談及區(qū)塊擴容， Marin Ivezic 評價道：“原生提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量，從工程角度看最簡單，卻是治理層面最難落地的方案。我們已經(jīng)沒有充足時間反復(fù)開展這類爭論。”
ZK證明聚合具備多重優(yōu)勢
相較區(qū)塊擴容方案，ZK 證明聚合同樣能夠提升網(wǎng)絡(luò)承載能力，并且在維護去中心化特性的同時提升比特幣運行效率，可以說是更優(yōu)選擇。
最簡單來講，零知識（ZK）證明是一種數(shù)學(xué)驗證手段：無需展示全部細(xì)節(jié)，就能證明某一事實成立。舉個例子，借助 ZK 證明，你可以證實自己知曉保險箱密碼，卻不用向?qū)Ψ酵嘎睹艽a本身。
理論上，單個區(qū)塊只需生成一份 ZK 證明即可（出于冗余備份考慮，額外多生成幾份會更加安全）；并且運行相關(guān)硬件所需成本，遠低于商用挖礦設(shè)備。
精簡以太坊（Lean Ethereum）規(guī)劃的證明生成設(shè)備成本低于 10 萬美元，普通家庭環(huán)境便可部署。而驗證一份 ZK 證明幾乎不受硬件限制，樹莓派這類小型設(shè)備就能完成。
Eli Ben-Sasson 表示， Greg Maxwell、Mike Hearn 等比特幣早期開發(fā)者十分看好 ZK-STARK。該技術(shù)具備抗量子安全特性，且無需可信初始化設(shè)置。他認(rèn)為，比特幣核心開發(fā)者 Luke Dashjr 與 Blockstream 創(chuàng)始人 Adam Back 也逐步接納這條技術(shù)路線。
“我親耳聽過他們的觀點。他們看好各類依托 ZK-STARK 構(gòu)建的方案。我相信二人無論私下還是公開場合，都給出過正面評價。Adam Back 與Luke Dashjr 在不少議題上看法相左，但在這件事上，他們應(yīng)當(dāng)達成共識：這是一項優(yōu)質(zhì)技術(shù)，只要條件合適，完全有機會落地比特幣。”
Cointelegraph 曾聯(lián)系 Adam Back 尋求置評，但尚未收到回復(fù)。
以太坊研究員 Justin Drake 公開發(fā)聲，希望比特幣能夠采用精簡以太坊的 ZK 證明聚合技術(shù)，推動該方案成為全行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)。不過受社區(qū)治理分歧影響，這一愿景或許難以落地。
以太坊的目標(biāo)是在 2029 年實現(xiàn)后量子計算。來源：以太坊基金會
針對比特幣的零知識證明相關(guān)提案
考慮到比特幣社區(qū)一貫保守的發(fā)展基調(diào)，在比特幣網(wǎng)絡(luò)中引入零知識技術(shù)，治理層面最具備可行性的路徑大概率是重新啟用 OP_CAT—— 這是中本聰當(dāng)年編寫、僅九行代碼的操作碼。
Eli Ben-Sasson 表示：“中本聰最初加入了 OP_CAT，之后又將其移除。一旦恢復(fù)該操作碼，開發(fā)者就能夠?qū)崿F(xiàn) STARK 證明、簽名聚合以及后量子安全相關(guān)功能。”
“我認(rèn)為這是最優(yōu)且最穩(wěn)妥的方案，能夠重新推動中本聰開啟并期望延續(xù)的技術(shù)發(fā)展路線。”
盡管 12 至 24 個月前市場曾掀起一輪 OP_CAT 討論熱潮，但近期相關(guān)推進勢頭明顯減弱（不過比特幣社區(qū)治理走向向來難以預(yù)判）。
業(yè)內(nèi)還存在一些前瞻性更強的提案，例如 OP_STARK_VERIFY，該方案計劃新增專用操作碼，讓比特幣可以更高效地驗證 STARK 證明。另外，BIP-360 共同作者 Ethan Heilman 提出了 BitZip 方案，旨在將比特幣的多組簽名與公鑰聚合至單份 STARK 證明內(nèi)。
Heilman 今年早些時候向 Cointelegraph 表示，想要實現(xiàn)目標(biāo)效果主要有兩條技術(shù)路徑：“第一種方案，在比特幣中新增一系列通用操作碼，依托其上構(gòu)建類 ZK Rollup 架構(gòu)；或是直接在比特幣共識層原生支持 STARK。除此之外，CISA（跨輸入簽名聚合）等性能相對有限的聚合方案也能夠起到一定作用。”
這條路實現(xiàn)的概率究竟有多大？
Marin Ivezic 認(rèn)為，阻礙不在于技術(shù)能力，比特幣社區(qū)治理才是癥結(jié)所在。
他表示：“Eli Ben-Sasson 提出的密碼學(xué)方案本身無懈可擊：完全基于哈希假設(shè)、無需可信初始化設(shè)置，可以把數(shù)千份簽名壓縮為一份短小證明。難題都出在這套密碼學(xué)方案之外的配套環(huán)節(jié)。”
“當(dāng)前比特幣腳本尚不具備驗證 STARK 證明的能力。相較于單一精簡的哈希簽名操作碼，一套可投入生產(chǎn)環(huán)境的 STARK 驗證程序會大幅擴大共識層攻擊面。就連 OP_CAT 這樣簡單的操作碼都爭論了數(shù)年，底層原生搭載 STARK 驗證器，現(xiàn)實來看起碼要等到 2030 年代才有可能提上議程。”
與此同時，以太坊計劃在 2029 年完成后量子升級，Solana 也在試驗接入后量子簽名。StarkNet 的三期抗量子轉(zhuǎn)型路線則可以依托賬戶抽象實現(xiàn)優(yōu)勢：底層密碼學(xué)體系升級時，不需要每位用戶手動將資產(chǎn)遷移至新賬戶。
Eli Ben-Sasson 據(jù)此評價，Solana 與以太坊的后量子升級之路將會 “異常艱難”。
“StarkNet 擁有一大核心優(yōu)勢：網(wǎng)絡(luò)原生支持賬戶抽象與智能錢包。這意味著相關(guān)機制并未被固化在底層協(xié)議，我們能夠輕松升級錢包與基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)抗量子改造。”
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