Společnost Fidelity varuje, že soukromé klíče k bitcoinům čelí budoucímu kvantovému riziku

Fidelity zkoumá kvantovou zranitelnost bitcoinu

Ochrana soukromých klíčů bitcoinu může v budoucnu vyžadovat nahrazení nebo doplnění, jak vyplývá z analýzy společnosti Fidelity Digital Assets zveřejněné 1. září. Kryptograficky relevantní kvantové počítače (CRQC) v současné době neexistují, ale dostatečně výkonné systémy by mohly narušit matematické předpoklady zajišťující autorizaci transakcí a ohrozit finanční prostředky.

Výzkumné oddělení Fidelity Digital Assets identifikovalo propustnost transakcí jako ústřední omezení pro jakékoli budoucí vylepšení bezpečnosti bitcoinu:

„Minimalizace velikosti klíčů za účelem zachování propustnosti transakcí bitcoinu zůstává klíčovým problémem, i když dopad může být méně výrazný vzhledem k současnému stavu téměř prázdného mempoolu.“

Soukromé klíče umožňují majitelům bitcoinů autorizovat transakce bez nutnosti spoléhat se na zprostředkovatele. Peněženky používají soukromý klíč k vytvoření digitálního podpisu, který prokazuje kontrolu nad bitcoiny, aniž by odhalil tajný klíč. Tento vztah mezi soukromými klíči, veřejnými klíči a podpisy transakcí tvoří základ vlastnictví bitcoinů a jejich samosprávy.

Současné podpisy v bitcoinech čelí budoucí hrozbě

Většina standardních bitcoinových transakcí využívá algoritmus digitálního podpisu na eliptické křivce (ECDS) nebo Schnorrův podpis. Schnorrovy podpisy se staly dostupnými díky Taproot, přičemž návrh na vylepšení bitcoinu (BIP) 340 specifikuje Schnorrovy podpisy a BIP 341 stanovuje pravidla pro utrácení v rámci Taproot. BIP 341 byl přidělen v lednu 2020, ještě předtím, než byla aktualizace aktivována v roce 2021. Obě schémata se opírají o obtížnost řešení problému diskrétního logaritmu na eliptické křivce pomocí klasických počítačů.

Dostatečně výkonný kvantový počítač využívající Shorův algoritmus by mohl tento problém vyřešit a odvodit soukromé klíče z odpovídajících veřejných klíčů. Výzkum snížil některé odhady zdrojů potřebných k útoku na kryptografii založenou na eliptických křivkách, čímž se debata o kvantové bezpečnosti bitcoinu dostala do popředí zájmu, ačkoli stávající kvantové systémy zůstávají daleko pod kryptograficky relevantní kapacitou.

SHRINCS kombinuje efektivitu s cestou k obnově

Výzkumníci vyhodnocují systémy podpisů odolné proti kvantovým útokům, které se spoléhají spíše na hashové funkce než na kryptografii založenou na eliptických křivkách. Návrh specifikace SHRINCS kombinuje kompaktní stavovou podpisovou cestu s rozsáhlejší bezstavovou záložní cestou. Její současný návrh specifikuje 48-bajtový veřejný klíč, stavové podpisy v rozmezí od 548 do 4 619 bajtů a 5 777-bajtový bezstavový podpis.

Cesta se stavem vyžaduje, aby podepisující zařízení sledovala, které jednorázové podpisové klíče již byly použity. Ztráta nebo poškození stavu brání peněžence v bezpečném pokračování touto cestou, zatímco záložní řešení SHRINCS čerpá z algoritmů standardu SLH-DSA Národního institutu pro standardy a technologie (NIST) zveřejněného 13. srpna 2024. Alternativa bez stavu zachovává přístup, ale spotřebovává podstatně více místa v bloku.

Fidelity Digital Assets Research popsala, jak by budoucí kvantově odolná aktualizace bitcoinu mohla vyhovět různým bezpečnostním požadavkům:

„SHRINCS představuje jednu z možných cest vpřed jako nedávno formalizovaný BIP. Technická omezení bitcoinu a neefektivita spojená s většími kvantově odolnými podpisy však naznačují, že budoucí řešení se může podobat současnému stavu bitcoinu.“

Větší podpisy by snížily kapacitu bitcoinu

Stávající podpisy bitcoinu zůstávají mnohem menší než přední postkvantové alternativy, což vytváří přímý kompromis mezi budoucí bezpečností a kapacitou sítě. Větší podpisy by zabíraly více místa v bloku, zvyšovaly by transakční náklady v obdobích přetížení a omezovaly by počet převodů, které by těžaři mohli potvrdit. Jiné analýzy zjistily, že některé kvantově odolné podpisové systémy by mohly výrazně zvětšit objem transakčních dat.

Implementace SHRINCS nebo jiného kvantově odolného systému by vyžadovala nová konsensuální pravidla, potenciálně prostřednictvím zpětně kompatibilního soft forku. Tento přechod by museli podporovat také poskytovatelé peněženek, těžaři, provozovatelé uzlů, burzy a správci aktiv. Společnost Fidelity se v červenci připojila k osmi dalším finančním a kryptoměnovým firmám, aby financovala bezpečnostní iniciativu pro bitcoin v hodnotě 15 milionů dolarů, jejíž součástí je i výzkum odolnosti proti kvantovým útokům.