以太坊研究人员提出用于后量子钱包的 SPHINCS- 签名方案

bitcoinist发布于2026-06-13更新于2026-06-13

文章摘要

以太坊研究人员提出了一种名为SPHINCS-(读作“SPHINCS减”)的后量子签名方案,旨在为钱包提供量子安全保护,且无需更改以太坊现有协议。该方案专为EVM设计,用原生Keccak256哈希函数替换标准SHAKE256,从而可在Solidity中直接实现验证逻辑,无需依赖新的预编译合约或分叉升级。 研究重点针对钱包使用场景优化,将每把密钥的签名预算从标准的2^64大幅降低至2^14到2^20之间,更符合实际交易频率。其中C13变体验证成本约为12.7万gas,签名大小为3704字节,相比标准方案有一定效率提升。 该提案仍处于研究阶段,并非正式标准,且存在签名耗时较长等实际限制。但其意义在于探索了一条基于现有EVM工具、无需协议层改动即可实现后量子验证的可行路径,为以太坊应对未来量子计算威胁提供了新的技术思路。

太长不读

  • 以太坊研究论坛上的一篇帖子提出了 SPHINCS-,这是一种为 EVM 优化的、无状态的后量子签名验证方案。
  • 该设计用 EVM 原生函数 KECCAK256 替代了标准的 SHAKE256 函数,从而可以在无需协议变更或预编译的情况下用 Solidity 实现。
  • 其 C13 变体描述的验证成本约为 127,000 gas,签名大小为 3,704 字节。
  • 该提案是非标准的,处于研究阶段,但它为以太坊日益增长的后量子安全讨论增添了内容。

以太坊研究人员正在探索一种新的后量子签名设计,该设计可能允许钱包直接在以太坊虚拟机上验证量子抗性签名,而无需更改协议。

该提案于 6 月 12 日发表在以太坊研究论坛上,引入了 SPHINCS-(发音为“SPHINCS 减号”),这是一种为兼容 EVM 而设计的高效、无状态后量子签名验证方案。帖子署名作者为 nicocsgy,并特别感谢 Vitalik Buterin 和其他贡献者。

面向以太坊钱包的后量子签名

根本问题在于,当今的区块链钱包所依赖的加密假设,未来可能会被足够强大的量子计算机削弱。这一威胁并非迫在眉睫,但以太坊研究人员和密码学家正越来越多地讨论账户如何能够随着时间的推移迁移到量子抗性签名方案。

SPHINCS- 的设计围绕一个实际限制:它应该在当前存在的 EVM 中工作。该提案没有要求新的预编译或协议级变更,而是用以太坊原生的 KECCAK256 替换了标准 SLH-DSA 哈希函数(如 SHAKE256)。

这一设计选择使得验证逻辑可以用 Solidity 实现。换句话说,该提案并不是要求以太坊立即改变其基础协议。它正在探索利用现有的 EVM 工具,后量子钱包验证可以推进到何种程度。

更低的签名预算,更低的成本

该帖子还将签名预算缩减到与区块链钱包更相关的范围。SPHINCS- 没有针对标准的每个密钥 2^64 次签名,而是将重点放在每个密钥 2^14 到 2^20 次签名的预算上。

理由是普通的以太坊地址不需要天文数字般的签名次数。帖子指出,自“合并”以来,以太坊地址每年交易的 99.9% 分位数大约为 431 笔,这表明针对钱包的特定参数可以比广泛的通用标准更加高效。

对于其 C13 变体,该提案报告的验证成本约为 127,000 gas,签名大小为 3,704 字节。与之相比,标准的 SLH-DSA-SHA2-128-24 方案(帖子称)需要 142,000 gas 和 3,856 字节的签名,并且签名过程大约需要 10.7 亿次哈希调用。

仍属研究,并非标准

该提案谨慎地指出了权衡之处。SPHINCS- 是非标准的,并且因为它使用 Keccak 和有限的签名预算,所以并未严格匹配 FIPS 205 参数。这意味着应将其视为研究,而非一个已完成的以太坊账户标准。

还存在实际的钱包限制。帖子称 C11 和 C12 变体与硬件钱包兼容,但在 ST33K1M5 安全元件上的签名时间分别列为 390 秒和 47.5 秒。这突显了理论验证效率与实际用户体验之间的差距。

尽管如此,这个方向很重要。以太坊的长期账户安全可能需要多种方法,包括新的签名方案、账户抽象工具、迁移路径和更好的钱包用户体验。

为何重要

后量子安全仍然是一个面向未来的问题,但区块链网络不能等到量子攻击变得可行时才考虑迁移。钱包升级、标准制定、用户教育和生态系统协调可能需要数年时间。

SPHINCS- 并不能解决所有这些问题。但它为以太坊研究人员提供了另一个可以测试的具体设计方案:一条无状态的、EVM 原生的、后量子的验证路径,或许无需等待基础层的变更即可工作。

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相关问答

QSPHINCS- 签名方案的主要设计目标是什么?

ASPHINCS- 的主要设计目标是成为一个无需状态、抗量子攻击的签名验证方案,并针对以太坊虚拟机(EVM)进行优化,使其能够在无需协议更改或新增预编译合约的情况下,在现有 EVM 中直接验证签名。

QSPHINCS- 方案为了适配 EVM,对标准方案做了什么关键改动?

ASPHINCS- 方案将标准 SLH-DSA 哈希函数(如 SHAKE256)替换为 EVM 原生支持的 KECCAK256 函数。这一改动允许其验证逻辑可以直接用 Solidity 实现,无需依赖以太坊底层的协议变更。

Q文章中提到的 C13 变体的签名验证成本和签名大小分别是多少?

AC13 变体的签名验证成本约为 127,000 gas,签名大小为 3,704 字节。

Q文章如何评估一个普通以太坊地址的签名需求?这对 SPHINCS- 的设计有何影响?

A文章指出,自合并(The Merge)以来,普通以太坊地址每年交易量的第 99.9 百分位数大约为 431 笔。这表明普通钱包并不需要天文数字级别的签名数量。因此,SPHINCS- 将签名预算(每把密钥可生成的签名数量)设定在 2^14 到 2^20 之间,而不是标准的 2^64,从而实现了更高的效率。

Q根据文章,SPHINCS- 提案目前处于什么阶段?它面临哪些实际挑战?

ASPHINCS- 提案目前仍处于研究阶段,并非一个最终标准。它面临的实际挑战包括:它是一个非标准方案(未严格遵循 FIPS 205 参数),并且在现实硬件钱包上的签名时间可能很长(例如,C11 和 C12 变体在特定安全元件上分别需要 390 秒和 47.5 秒),这凸显了理论验证效率与实际用户体验之间的差距。

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