Fidelity advarer om, at Bitcoins private nøgler står over for en fremtidig kvantetrussel

Fidelity undersøger Bitcoins sårbarhed over for kvantecomputere

Bitcoins beskyttelse af private nøgler kan på sigt kræve udskiftning eller supplering, ifølge en analyse fra Fidelity Digital Assets, der blev offentliggjort den 1. september. Kryptografisk relevante kvantecomputere, eller CRQC'er, findes ikke i øjeblikket, men systemer med tilstrækkelig kapacitet kunne underminere de matematiske antagelser, der sikrer transaktionsgodkendelse, og udsætte midler for risiko.

Fidelity Digital Assets Research identificerede transaktionskapaciteten som en central begrænsning for enhver fremtidig sikkerhedsopgradering af Bitcoin:

»At minimere nøglestørrelsen for at bevare Bitcoins transaktionskapacitet er fortsat et centralt anliggende, selvom virkningen måske er mindre udtalt i betragtning af den nuværende tilstand med en næsten tom mempool.«

Private nøgler giver bitcoin-ejere mulighed for at godkende transaktioner uden at være afhængige af en mellemmand. Wallets bruger en privat nøgle til at generere en digital signatur, der beviser ejerskabet uden at afsløre den hemmelige nøgle. Dette forhold mellem private nøgler, offentlige nøgler og transaktionssignaturer udgør grundlaget for ejerskab af Bitcoin og selvopbevaring.

Bitcoins nuværende signaturer står over for en fremtidig trussel

De fleste standard-Bitcoin-transaktioner bruger den elliptiske kurve-algoritme til digital signatur (EC-DSA) eller Schnorr-signaturer. Schnorr-signaturer blev tilgængelige via Taproot, hvor Bitcoin Improvement Proposal 340 specificerede Schnorr-signaturer, og BIP 341 fastlagde Taproots regler for udgifter. BIP 341 blev udarbejdet i januar 2020, inden opgraderingen trådte i kraft i 2021. Begge ordninger bygger på, at det er vanskeligt at løse problemet med den diskrete logaritme på den elliptiske kurve med klassiske computere.

En tilstrækkelig kraftig kvantecomputer, der kører Shors algoritme, kunne løse dette problem og udlede private nøgler ud fra de tilhørende offentlige nøgler. Forskning har nedjusteret nogle skøn over de ressourcer, der er nødvendige for at angribe kryptografi baseret på elliptiske kurver, hvilket har sat yderligere fokus på debatten om Bitcoins kvantesikkerhed, selvom eksisterende kvantesystemer stadig ligger langt under den kryptografisk relevante kapacitet.

SHRINCS kombinerer effektivitet med en genopretningsvej

Forskere evaluerer kvantebestandige signatursystemer, der bygger på hashfunktioner frem for kryptografi baseret på elliptiske kurver. SHRINCS-udkastet til specifikationen kombinerer en kompakt, tilstandsbaseret signaturvej med en større, tilstandsfri fallback-løsning. Det nuværende design specificerer en offentlig nøgle på 48 byte, tilstandsbaserede signaturer på mellem 548 og 4.619 byte samt en tilstandsfri signatur på 5.777 byte.

Den tilstandsbaserede vej kræver, at signeringsenhederne holder styr på, hvilke engangs-signaturnøgler der allerede er blevet brugt. Mistet eller beskadiget tilstand forhindrer tegnebogen i sikkert at fortsætte ad den vej, mens SHRINCS’ fallback-løsning bygger på algoritmer fra National Institute of Standards and Technology’s SLH-DSA-standard, der blev offentliggjort den 13. august 2024. Det stateless-alternativ bevarer adgangen, men optager betydeligt mere blokplads.

Fidelity Digital Assets Research beskrev, hvordan en fremtidig kvantebestandig Bitcoin-opgradering kunne imødekomme forskellige sikkerhedskrav:

»SHRINCS udgør en mulig vej frem som et nyligt formaliseret BIP. Bitcoins tekniske begrænsninger og de ineffektiviteter, der er forbundet med større kvantebestandige signaturer, tyder dog på, at en fremtidig løsning kan komme til at ligne Bitcoins nuværende tilstand.«

Større signaturer ville reducere Bitcoins kapacitet

Bitcoins eksisterende signaturer er stadig langt mindre end førende post-kvantealternativer, hvilket skaber en direkte afvejning mellem fremtidig sikkerhed og netværkskapacitet. Større signaturer ville optage mere plads i blokkene, øge transaktionsomkostningerne i perioder med overbelastning og begrænse, hvor mange overførsler minere kan bekræfte. Andre vurderinger har vist, at visse kvantesikre signatursystemer kan medføre en kraftig stigning i transaktionsdataene.

Implementering af SHRINCS eller et andet kvantebestandigt system vil kræve nye konsensusregler, muligvis gennem en bagudkompatibel soft fork. Udbydere af tegnebøger, minere, nodeoperatører, børser og depotforvaltere ville også skulle støtte overgangen. Fidelity sluttede sig i juli til otte andre finans- og kryptovirksomheder for at finansiere et Bitcoin-sikkerhedsinitiativ på 15 millioner dollars, der omfatter forskning i kvantebestandighed.