شركة «فيديليتي» تحذر من أن المفاتيح الخاصة لعملة البيتكوين تواجه مخاطر كمومية مستقبلية

فيديليتي تدرس نقاط الضعف الكمومية للبيتكوين

قد تتطلب إجراءات حماية المفاتيح الخاصة للبيتكوين في نهاية المطاف استبدالها أو استكمالها، وفقًا لتحليل شركة فيديليتي ديجيتال أسيتس (Fidelity Digital Assets) الذي نُشر في 1 سبتمبر. لا توجد حاليًا أجهزة كمبيوتر كمومية ذات صلة بالتشفير (CRQCs)، لكن الأنظمة ذات القدرات الكافية قد تقوض الافتراضات الرياضية التي تضمن مصادقة المعاملات وتعرض الأموال للخطر.

حددت أبحاث «فيديليتي ديجيتال أسيتس» معدل إنتاجية المعاملات باعتباره قيدًا رئيسيًا لأي ترقية أمنية مستقبلية للبيتكوين:

"يظل تقليل حجم المفتاح للحفاظ على معدل معالجة معاملات البيتكوين مصدر قلق رئيسي، على الرغم من أن التأثير قد يكون أقل وضوحًا بالنظر إلى الحالة الحالية لمخزن المعاملات (mempool) شبه الفارغ."

تسمح المفاتيح الخاصة لمالكي البيتكوين بالموافقة على المعاملات دون الاعتماد على وسيط. تستخدم المحافظ مفتاحًا خاصًا لإنشاء توقيع رقمي يثبت السيطرة دون الكشف عن المفتاح السري. تشكل هذه العلاقة بين المفاتيح الخاصة والمفاتيح العامة وتوقيعات المعاملات أساس ملكية البيتكوين والحفظ الذاتي.

التوقيعات الحالية للبيتكوين تواجه تهديدًا مستقبليًا

تستخدم معظم معاملات البيتكوين القياسية خوارزمية التوقيع الرقمي للمنحنى الإهليلجي أو توقيعات شنور. أصبحت توقيعات شنور متاحة من خلال Taproot، حيث حدد اقتراح تحسين البيتكوين رقم 340 (BIP 340) توقيعات شنور، بينما حدد اقتراح تحسين البيتكوين رقم 341 (BIP 341) قواعد الإنفاق في Taproot. تم إصدار BIP 341 في يناير 2020 قبل تفعيل الترقية في عام 2021. يعتمد كلا النظامين على صعوبة حل مشكلة اللوغاريتم المنفصل للمنحنى الإهليلجي باستخدام أجهزة الكمبيوتر التقليدية.

يمكن لجهاز كمبيوتر كمي قوي بما يكفي يعمل بخوارزمية شور أن يحل تلك المشكلة ويستنتج المفاتيح الخاصة من المفاتيح العامة المقابلة. وقد أدت الأبحاث إلى خفض بعض التقديرات للموارد اللازمة لمهاجمة تشفير المنحنى الإهليلجي، مما زاد من التركيز على الجدل الدائر حول أمن البيتكوين في العصر الكمومي، على الرغم من أن الأنظمة الكمومية الحالية لا تزال أقل بكثير من السعة ذات الصلة بالتشفير.

يجمع SHRINCS بين الكفاءة ومسار الاستعادة

يعمل الباحثون على تقييم أنظمة التوقيع المقاومة للكم التي تعتمد على دوال التجزئة بدلاً من تشفير المنحنى الإهليلجي. تجمع مسودة مواصفات SHRINCS بين مسار توقيع مدمج يعتمد على الحالة ومسار احتياطي أكبر لا يعتمد على الحالة. ويحدد تصميمها الحالي مفتاحًا عامًا بحجم 48 بايت، وتوقيعات تعتمد على الحالة تتراوح بين 548 و4,619 بايت، وتوقيعًا لا يعتمد على الحالة بحجم 5,777 بايت.

يتطلب المسار الذي يعتمد على الحالة أن تقوم أجهزة التوقيع بتتبع مفاتيح التوقيع التي تُستخدم لمرة واحدة والتي تم استخدامها بالفعل. وتؤدي الحالة المفقودة أو التالفة إلى منع المحفظة من المتابعة الآمنة عبر هذا المسار، في حين يعتمد مسار SHRINCS الاحتياطي على خوارزميات مستمدة من معيار SLH-DSA الصادر عن المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في 13 أغسطس 2024. أما البديل غير المرتبط بالحالة فيحافظ على إمكانية الوصول ولكنه يستهلك مساحة أكبر بكثير من الكتلة.

وقد وصفت شركة Fidelity Digital Assets Research كيف يمكن لترقية بيتكوين مستقبلية مقاومة للكم أن تستوعب متطلبات أمنية مختلفة:

"يمثل SHRINCS مسارًا محتملًا للمضي قدمًا باعتباره مقترحًا تقنيًّا لبيتكوين (BIP) تم إقراره مؤخرًا. ومع ذلك، تشير القيود التقنية لبيتكوين وأوجه القصور المرتبطة بالتوقيعات الأكبر حجمًا المقاومة للكم إلى أن الحل المستقبلي قد يشبه الحالة الحالية لبيتكوين."

التوقيعات الأكبر حجمًا من شأنها تقليل سعة البيتكوين

تظل التوقيعات الحالية للبيتكوين أصغر بكثير من البدائل الرائدة في عصر ما بعد الكم، مما يخلق مفاضلة مباشرة بين الأمان المستقبلي وسعة الشبكة. ستستهلك التوقيعات الأكبر حجمًا مساحة أكبر في الكتل، وترفع تكاليف المعاملات خلال فترات الازدحام، وتحد من عدد عمليات التحويل التي يمكن للمعدنين تأكيدها. ووجدت تقييمات أخرى أن بعض أنظمة التوقيع الآمنة من الحوسبة الكمومية قد تؤدي إلى زيادة حادة في حجم بيانات المعاملات.

سيتطلب تنفيذ SHRINCS أو أي نظام آخر مقاوم للحوسبة الكمومية قواعد توافق جديدة، ربما من خلال «فورك ناعم» متوافق مع الإصدارات السابقة. كما سيتعين على مزودي المحافظ والمعدنين ومشغلي العقد والبورصات وأمناء الحفظ دعم عملية الانتقال هذه. وانضمت شركة «فيديليتي» في يوليو إلى ثماني شركات مالية وشركات عملات مشفرة أخرى لتمويل مبادرة أمنية للبيتكوين بقيمة 15 مليون دولار تشمل أبحاثًا في مجال مقاومة الكم.