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比特币量子安全与大规模采用：ZK STARKs 是最佳方案？
StarkWare 联合创始人 Eli Ben-Sasson 认为，ZK STARKs 是解决比特币量子安全问题、同时实现大规模采用的最佳途径。他还声称，Blockstream 创始人 Adam Back 也赞同这一观点。
Ben-Sasson 本周因在社交平台上提出将比特币年通胀率提升至 4% 的争议性建议而登上新闻。相关分析显示，该提议“未获得明确支持”。
但作为 STARKs（一种基于哈希的量子安全零知识证明）的共同发明者，他的立场更为稳固，并得到了一些领先比特币研究人员的支持。Ben-Sasson 自己的项目 Starknet 上周也宣布了其分三阶段实现量子安全的计划。
比特币上的大体积后量子签名问题
为比特币添加零知识证明本身并不能使区块链实现量子安全。ZK 证明是一种解决将体积更大的后量子签名方案引入比特币所引发问题的方法。
目前美国国家标准与技术研究院批准的后量子签名方案，其体积是比特币现有 ECDSA 和 Schnorr 签名方案的 10 到 100 倍。有人认为这可能会将区块链处理速度拖慢至每秒不到 1 笔交易。但一个区块中的所有大体积交易签名都可以被压缩成一个微小的 ZK STARK 证明。由于该证明的体积甚至比仅包含现有签名还要小得多，区块链的运行速度最终可能会更快。
Ben-Sasson 表示：“如果他们不允许使用 ZK STARK 聚合，那将是一个非常不幸的举动，因为它并不能真正解决问题……问题在于‘每个人是否都能真正使用比特币？’为此，你需要巨大的规模扩展。而要实现这一点，你需要签名聚合之类的东西，仅仅增加区块大小是不够的。”
量子替代方案：增加比特币区块大小
PostQuantum.com 作者、Applied Quantum 创始人 Marin Ivezic 向媒体表示，比特币的 SegWit 方案将大签名的影响降低了 75%。但他对 NIST 的 ML-DSA-44 方案（每个签名 2420 字节）进行建模后发现，“区块容量大约会降至 500 到 700 笔交易，而目前是 2500 到 3000 笔。这就是区块大小之争的由来。”
增加比特币区块大小是一个真正的替代方案，但社区曾在 2017 年因一项旨在将区块大小增加一倍的提议而产生分歧。当时反对的许多理由至今仍然适用，因为这是一种粗暴的修复方式，要求每个节点承载、存储和验证更多数据。这成本更高，需要的设备也更多，批评者认为这会使网络走向中心化。
Blockstream Research 近几个月一直在尝试压缩基于哈希的后量子签名方案的体积，以便在比特币上使用。他们提出了颇具前景的 SHRINCS 和 SHRIMPS 方案，其日常签名体积约为比特币当前签名的 5 倍，但如果你丢失钱包需要恢复，签名体积可能高达 40 倍。虽然 SHRINCS 已被用于在 Liquid 侧链上签署真实交易，但其开发仍处于早期阶段，在复杂性和可用性方面存在缺陷。除非增加区块大小，否则这些大得多的签名也会拖慢区块链的速度。
Marin Ivezic 在谈到增加区块大小时表示：“在本地提升容量是简单的工程答案，却也是最难的治理答案。我们没有时间再进行那些辩论了。”
ZK 证明聚合具有优势
ZK 证明聚合确实能提升容量，但可以说，它在提高比特币效率的同时，更能有效地维护去中心化。简单来说，ZK 证明是一种数学上的证明方法，可以在不透露所有细节的情况下证明某物的存在。例如，ZK 证明可以证明你知道保险柜的密码，而无需告诉对方密码是什么。
从技术上讲，为单个区块生成 ZK 证明只需要一次（尽管为了冗余备份，生成额外的副本更安全），而所需的设备成本看起来远低于商业挖矿设备。Lean Ethereum 的规格要求证明设备成本低于 10 万美元（可以在普通家庭中运行）。而验证 ZK 证明几乎可以在任何设备上完成，包括树莓派。
Ben-Sasson 表示，早期比特币开发者 Greg Maxwell 和 Mike Hearn “非常看好 ZK STARKs，因为它具有后量子安全性且无需可信设置”，他相信 Bitcoin Core 开发者 Luke Dashjr 和 Blockstream 创始人 Adam Back 也正在接受这个想法。“我亲耳听到他们这么说。他们看好与 ZK STARKs 相关并加以利用的事物。我认为他们每个人私下里，甚至公开场合，都表达过支持。Adam Back 和 Luke Dashjr 并不总是一致，但在这一点上，我认为他们一致认为这是一项伟大的技术，在合适的条件下，可以应用于比特币。”媒体联系了 Adam Back 寻求置评，但未获回复。
以太坊研究员 Justin Drake 公开表示，他希望比特币采用 Lean Ethereum 的 ZK 证明聚合技术，使其成为行业标准。但这可能因政治原因而不可行。
比特币专属的 ZK 提案
鉴于比特币的保守文化，从政治上最务实的角度来看，向比特币添加 ZK 功能最可能的方式是重新启用 OP_CAT，这是中本聪编写的九行代码。Ben-Sasson 说：“他引入后又将其移除了。如果你添加了它，就能实现 STARK 证明、聚合以及后量子安全。我认为这是最好、最安全的解决方案，它将真正重新启动中本聪真正开始并希望实现的旅程。”尽管大约 12 到 24 个月前对 OP_CAT 的兴趣一度激增，但最近似乎失去了动力。
还有一些更具探索性的提案，包括 OP_STARK_VERIFY，它将添加专门用于在比特币上更高效地验证 STARKs 的操作码。BIP-360 的合著者 Ethan Heilman 提议，将比特币的签名和公钥聚合成一个名为 BitZip 的 STARK 证明。Heilman 今年早些时候告诉媒体，有两种主要方法可以达到预期效果：“要么向比特币添加一堆通用操作码，然后在比特币上构建类似 ZK Rollup 的东西，要么在比特币的共识层支持 STARKs。或者，其他功能较弱的聚合方案，例如 CISA，也可能有所帮助。”
实现的可能性有多大？
Ivezic 表示，症结在于比特币的治理，而非技术能力。“Eli 的密码学是坚如磐石的：纯哈希假设，无可信设置，数千个签名压缩成一个小证明。问题出在密码学之外的一切。比特币脚本目前无法验证 STARK，而且与一个狭窄的哈希签名操作码相比，生产级的验证器是一个巨大的共识表面。鉴于像 OP_CAT 这样一个小小的操作码都花了数年时间辩论，基础层的 STARK 验证器现实地说要等到 2030 年代才能讨论。”
与此同时，以太坊的目标是在 2029 年实现向后量子时代的过渡，Solana 也一直在试验添加后量子签名。StarkNet 的三阶段过渡将受益于账户抽象，这使得底层密码学可以升级，而无需让每个用户手动迁移到新账户。因此，Ben-Sasson 表示，Solana 和以太坊的后量子路线图将“极其艰难”。“在 Starknet 上，我们有巨大的优势，因为我们已经有原生的账户抽象和智能钱包，这意味着没有什么是固化的，因此升级钱包和基础设施以实现后量子化非常容易。”
