Cardano如何為量子計算威脅做準備

量子計算曾經被視為遙遠的理論威脅，但在最近幾年，區塊鏈產業開始更認真地討論：如果未來的量子電腦能破解今天的加密系統，公鏈該如何生存。

Cardano 是少數提早公開討論這個問題的區塊鏈之一。其創辦人 Charles Hoskinson 多次表示，業界應該提前規劃，而不是等到量子電腦真正成熟後才倉促應對。

為什麼量子電腦會威脅區塊鏈

目前多數區塊鏈（包括 Bitcoin、Ethereum 和 Cardano）在交易簽名上都依賴 橢圓曲線密碼學（ECC）。這類系統的安全性建立在「橢圓曲線離散對數問題」極難被傳統電腦破解。

但量子電腦改變了這個假設。

1994 年，數學家 Peter Shor 提出了 Shor 演算法，理論上可以在量子電腦上有效解決整數分解與離散對數問題。如果未來出現足夠強大的量子電腦，像 RSA 或 ECC 這些今天廣泛使用的公鑰加密系統都可能被破解 。

在區塊鏈情境下，這意味著：

• 一旦某個地址的公鑰被公開
• 攻擊者理論上可能反推出私鑰
• 並直接轉走資金

不過並非所有加密機制都同樣脆弱。例如區塊鏈中常見的雜湊函數（如 SHA‑256），即使面對量子電腦，也只會受到 Grover 演算法帶來的平方級加速影響，因此只需增加參數強度即可部分緩解風險 。

真正的弱點主要在 數位簽名系統。

Hoskinson：2033年可能成為轉折點

Hoskinson 的觀點是：產業需要現在就開始準備。

他提到，一些政府與研究機構正在進行量子計算能力的基準測試，例如評估是否可能在 2033 年之前出現具實用性的量子電腦。未來一到兩年內，產業可能就能判斷這個威脅究竟是「近在眼前」，還是仍需等到 2040 或 2050 年代 。

在部分媒體報導中，他甚至表示：

到 2033 年，量子電腦破解某些去中心化系統加密機制的機率可能已超過 50% 。

不過他也強調，這並不是立即性的危機。許多量子安全加密技術目前仍存在性能成本，如果過早導入，可能會讓區塊鏈效率大幅下降 。

Cardano的技術方向：後量子密碼學

Cardano 討論的核心方案是 後量子密碼學（Post‑Quantum Cryptography, PQC）。

這類演算法專門設計來抵抗量子電腦攻擊，其中最受關注的一類是 格基密碼學（lattice‑based cryptography），其安全性建立在格問題的計算難度上，目前被認為對傳統與量子攻擊都具有抵抗能力。

Cardano 的研究方向也與美國國家標準暨技術研究院（NIST）的最新標準保持一致。

2024 年 8 月，NIST 正式發布第一批後量子密碼標準：

• FIPS 203：ML‑KEM（基於模格的密鑰封裝機制）
• FIPS 204：ML‑DSA（基於模格的數位簽章）
• FIPS 205：SLH‑DSA（無狀態雜湊簽章）

這些標準就是為了應對未來量子電腦威脅而設計，並被視為全球數位基礎設施未來升級的重要方向 。

區塊鏈升級其實非常困難

把一條運行中的區塊鏈換掉加密演算法，遠比軟體升級複雜得多。

原因包括：

• 所有錢包都必須支援新簽名
• 交易格式需要更新
• 交易所與託管機構要同步升級
• 智能合約與節點軟體也要調整

Hoskinson 描述的思路是一個 分階段遷移策略：

1. 先研究與測試後量子演算法性能
2. 在協議中加入量子安全的加密原語
3. 透過錢包與應用逐步遷移使用者

重要的一點是，Cardano 的重大協議變更通常需要 治理流程（治理提案、社群審查與網路共識），而不是由開發者單方面決定。

目前仍沒有正式通過的 Cardano 改進提案（CIP）或具體啟用時間表，整體仍處於研究與策略規劃階段。

性能代價：後量子加密的現實問題

後量子密碼學的一大挑戰是效率。

與現有橢圓曲線簽名相比，很多 PQC 系統會帶來：

• 更大的公鑰與簽名
• 更高的計算成本
• 更大的交易資料量

這會直接影響區塊大小、儲存需求以及網路吞吐量。Hoskinson 曾指出，一些量子安全協議在速度與成本上可能「明顯更慢、更昂貴」，因此多數區塊鏈暫時仍在觀望 。

Midnight或Nightstream的角色

在 Cardano 生態系中，有些討論提到實驗性環境，例如主打隱私的側鏈 Midnight。

理論上，這類側鏈或測試環境可能成為測試新加密技術的場所，再視結果導入主鏈。

不過目前公開資料中，並沒有充分證據顯示所謂的「Nightstream」是官方量子升級機制。

與比特幣的量子升級路線比較

Cardano 並不是唯一討論量子風險的區塊鏈。

比特幣開發社群也在研究遷移方案。例如一些提案（如 BIP‑360 與 BIP‑361）提出逐步淘汰 ECDSA 或 Schnorr 簽名，並轉向量子安全地址格式 。

但這些方案在社群中引發激烈爭論。

原因是某些設計可能導致：

• 未遷移資金被永久凍結
• 或舊地址在量子攻擊下被盜

相較之下，Cardano 的公開策略目前更強調 研究、逐步過渡與治理決策，而非設定硬性期限。

Ripple與XRPL的情況

與 Cardano 或 Bitcoin 相比，公開資料中對 XRP Ledger 的量子升級計畫描述較少。

雖然企業級加密安全討論中常提到 Ripple 生態系，但目前沒有像 Cardano 研究路線或 Bitcoin 改進提案那樣清晰的協議級遷移藍圖。

結論

Cardano 的量子應對策略目前仍屬於 長期技術規劃，而不是已部署的升級。

其核心方向包括：

• 研究格基後量子密碼學
• 與 NIST 標準保持一致
• 透過治理機制逐步遷移整個網路

真正的關鍵仍然是一個未知數：

可破解現代密碼學的大型量子電腦，究竟何時出現。

對區塊鏈產業來說，最大的挑戰可能不是量子電腦本身，而是——當那一天來臨時，整個加密基礎設施是否已經準備好完成這場史上最大的密碼學升級。