以太坊L1在后量子化行动中弃用Poseidon

基金会研究员贾斯汀·德雷克表示，该网络的**层将放弃Poseidon，经过八年、八位数的研究投入后，转向使用SHA-2或BLAKE2s等成熟哈希函数。

概要

以太坊的L1路线图将采用传统哈希函数，而非专注于SNARK的Poseidon函数。二进制域SNARK据称每秒可证明约100万次传统哈希调用。面向生产环境的leanVM计划于2027年推出，随后在2028年进行层部署。基于哈希的签名是以太坊应对量子计算机计划的核心部分。

以太坊L1放弃Poseidon

贾斯汀·德雷克在8月13日的X平台帖子中表示，以太坊基金会正在放弃在其L1路线图中使用Poseidon，转而采用SHA或BLAKE等传统选项。“再见，Poseidon！”德雷克写道，他将这一决定形容为后量子密码学领域“八年、八位数投入的探索之旅”的梦想结局。

Poseidon于2019年作为专为零知识证明系统设计的哈希函数出现。其结构使得在简洁非交互式知识论证（SNARK）内部处理时，比基于二进制运算的传统哈希函数成本更低。自2018年以来，以太坊基金会一直投资于专用哈希函数，作为其零知识技术工作的一部分。Poseidon随后成为zk-rollup和zkVM的常见选择，包括那些保护数十亿美元加密资产的系统。

德雷克的公告涉及以太坊未来的L1架构，而非立即从现有应用中移除Poseidon。已经使用该函数的Rollup、虚拟机和其他项目无需因路线图决定而替换它。证明系统设计的进步现在已经改变了最初有利于Poseidon的权衡。根据德雷克的说法，当与围绕二进制计算设计的SNARK配对时，SHA-2和BLAKE2s等成熟函数可以匹配其性能。“事后看来，关键不在于SNARK友好的哈希函数，而在于哈希友好的SNARK。”

二进制域SNARK使传统哈希函数变得实用

二进制域允许证明系统更自然地处理标准哈希函数使用的布尔逻辑。早期的SNARK设计通常依赖于大素数域，其中基于位的运算（如XOR）可能成本高昂。在**素数2上工作，使得二进制域系统能够将其计算与常规计算中使用的0和1对齐。德雷克表示，由此产生的设计可以在笔记本电脑上每秒证明约100万次传统哈希调用，开销约为本地CPU执行的100倍。

据帖子称，包括Binius和Flock在内的研究项目促成了性能提升。Binius将二进制域算术应用于零知识证明，而Flock专注于证明大批量布尔计算，包括涉及SHA-256、Keccak和BLAKE3的计算。德雷克还提到了SNARK.fast，这是一个开放自动化研究项目，利用人工智能改进证明代码。其**结果达到了每秒180万次BLAKE3压缩，比初始基准提高了255%。

使用成熟的哈希函数可以减少以太坊对需要多年单独分析的专用密码函数的依赖。SHA和BLAKE在零知识系统之外已经得到了广泛研究，尽管它们在以太坊内部的实现仍需要研究、审计和测试。这一决定也改变了以太坊哈希函数与其证明基础设施之间的关系。研究人员不必围绕SNARK的局限性设计新哈希函数，而是可以围绕已有长期安全记录的哈希函数构建SNARK。

以太坊后量子工作偏向基于哈希的签名

德雷克将这一决定与以太坊的后量子安全计划联系起来，该计划正在为能够破解椭圆曲线密码学的计算机做准备。以太坊目前依赖此类系统进行用户账户以及部分共识和数据基础设施。据报道，联合创始人维塔利克·布特林已将量子安全提升到以太坊更新路线图的更高位置。该计划还涵盖原生隐私、形式化验证、后量子扩展以及以太坊虚拟机部分组件的可能替换。

德雷克表示，近期人工智能辅助密码分析的进展对更复杂的后量子系统造成了挫折。他特别提到了基于格签名的HAWK设计以及依赖同源密码学的SQIsign。根据他的评估，这些问题强化了在区块链上使用基于哈希签名的理由。此类设计使用相对简单且经过广泛研究的假设，尽管单个签名对于以太坊当前规模来说可能过大。SNARK聚合提供了一种解决大小问题的方法。证明系统可以验证许多基于哈希的签名，并将结果压缩为一个更小的证明提交给网络，而不是要求每个签名单独放置和检查。

同样的方法可以支持多重签名安排和k-of-n阈值签名，其中交易需要获得指定数量参与者的批准。德雷克表示，灵活性来自于使用SNARK来证明授权规则，而无需将所有底层签名数据放在链上。钱包级别的准备工作已经在测试中。今年6月，一位以太坊研究人员展示了使用基于SPHINCS的签名验证器的账户保护，其中一个优化版本消耗约12.7万gas，并携带3704字节的签名。该研究人员当时估计每账户验证成本约为0.07美元。

美国标准增加了提前准备的压力

对于使用以太坊的美国投资者和企业而言，该路线图解决了一个安全风险，联邦标准机构已开始将其视为迁移问题。美国**标准与技术研究院于2024年8月**确定了首批三个后量子密码学标准，并鼓励系统管理员开始集成它们。NIST的标准并未指导以太坊的协议选择，且该机构选定的算法本身并不能使网络具备量子安全性。然而，其迁移工作表明，美国机构正在相关量子计算机可用之前进行准备。

Coinbase的一个独立顾问委员会在4月发布的一份50页论文中得出了类似立场。其成员包括德雷克、斯坦福密码学家丹·博内、EigenLayer创始人斯里拉姆·坎南、Coinbase密码学负责人耶胡达·林德尔以及分布式系统研究员达莉娅·马尔基。该委员会得出结论，当前区块链仍然安全，免受量子攻击，但警告称，在网络上、钱包和交易所中替换易受攻击的签名可能需要数年时间。根据该顾问论文，一些抗量子替代方案可能使区块链数据需求增加多达38倍。以太坊使用证明聚合旨在限制此类成本，同时替换易受攻击的密码学。德雷克表示，基于哈希的SNARK可以将任意数量的后量子签名压缩为一个紧凑的证明，适合包含在区块中。

LeanVM目标于2027年投入生产

以太坊基金会的后量子团队正在开发二进制域基础设施，作为leanVM的一部分。leanVM是一个**的零知识虚拟机，旨在验证和聚合密码学证明。德雷克表示，当前计划是在2027年推出生产级leanVM。涉及以太坊共识层、数据层和执行层的部署计划于2028年进行，尽管每个协议变更仍需经过实施、测试以及以太坊独立开发团队之间的共识。该时间表位于以太坊的“Strawmap”中，这是一份技术协调文件，涵盖至2029年，而非**确定的激活日历。早期的Strawmap报道描述了七个拟议的分叉，涵盖更快的时隙、更短的**确认时间、后量子密码学、隐私和更高的网络容量。

以太坊的后量子团队目前正在与Binius、Flock及相关二进制域系统合作，同时开发leanVM基准测试。德雷克表示，计划中的2028年工作将把由此产生的证明技术分别应用于共识层、数据层和执行层。