Diseño cuántico de blockchain podría reducir comisiones y sobrecarga de red

Eliminación de las firmas: la huella en cadena de 96 bytes

Durante años, la comunidad criptográfica ha advertido de una colisión inminente entre la computación cuántica y la tecnología blockchain. Las matemáticas que subyacen a esta amenaza son sencillas: los algoritmos de clave pública como ECDSA, que protegen desde las transacciones de bitcoin hasta los contratos inteligentes, dejarán de ofrecer una seguridad adecuada una vez que el hardware cuántico alcance su madurez.

Sin embargo, la solución propuesta a menudo ha parecido casi tan peligrosa como el problema. Los esquemas criptográficos poscuánticos generan habitualmente firmas infladas y pruebas de conocimiento cero (ZK) masivas: una explosión de datos que amenaza con saturar las redes peer-to-peer, desbordar a los mineros y disparar las comisiones por transacción.

Sin embargo, un nuevo paradigma arquitectónico promete romper esta disyuntiva de suma cero entre la seguridad cuántica y la escalabilidad de la red. Desarrollada por el investigador en criptografía Dragos Ilie junto con un equipo del Imperial College de Londres, la validación del lado del cliente (CSV) «Compact Shielded» demuestra que la transición a la criptografía poscuántica no requiere aceptar tarifas de gas exorbitantes ni un rendimiento de red lento.

De hecho, al replantear cómo se demuestra la propiedad y delegar la labor de verificación directamente a los dispositivos de los usuarios, el protocolo logra una huella en cadena mucho más ligera que incluso la de las blockchains tradicionales actuales.

En el núcleo del problema de la escalabilidad cuántica se encuentra una decisión de diseño tradicional: almacenar pesadas firmas digitales en un libro mayor público para que las compruebe cada nodo completo. La CSV de Compact Shielded abandona por completo las firmas en cadena, sustituyéndolas por una novedosa construcción criptográfica denominada «degriefer».

En la práctica, una transacción de una sola entrada registrada en la cadena de bloques consta de tres hash concisos de 32 bytes que suman un total de solo 96 bytes: un «nullifier» para evitar el doble gasto, un compromiso de transacción y el propio «degriefer».

«El “degriefer” no es más que un hash del “nullifier” de la moneda, la clave secreta del propietario y la transacción en la que se gasta la moneda», explicó Ilie. «Al añadir este pequeño hash en la cadena de bloques, el remitente puede ahora construir una prueba de conocimiento cero fuera de la cadena contra él».

Neutralización de los «front-runners» y los ataques de «griefing»

Dado que la construcción de la prueba de conocimiento cero correspondiente requiere la clave secreta del propietario como entrada privada, los retransmisores maliciosos y los «front-runners» se encuentran matemáticamente en un callejón sin salida. «Un atacante puede adelantarse a una transacción, pero no puede construir una prueba de conocimiento cero válida, por lo que, sin duda, no puede beneficiarse de ello», señaló Ilie.

Además, si un atacante difunde una transacción conflictiva para bloquear el gasto, el propietario legítimo puede desenmascarar el intento sin dificultad. «El usuario puede demostrar mediante una prueba ZK que la transacción de frontrunning es un intento de «griefing» inválido, mostrando que su clave secreta real, sometida a un hash con el «nullifier», junto con la transacción del atacante, no produce el «degriefer» publicado por este», subrayó Ilie.

Por lo tanto, en lugar de obligar a todos los nodos del mundo a descargar, ejecutar y archivar cada dato del historial de transacciones para siempre, Compact Shielded CSV traslada la responsabilidad de almacenar y verificar los datos de las pruebas a los usuarios específicos implicados en una transacción.

Desde la perspectiva del usuario final, utilizar un monedero con Compact Shielded CSV resulta similar a usar un cliente SPV ligero de Bitcoin. «Solo necesita conexión con al menos un nodo honesto», afirmó Ilie. Para confirmar un pago entrante, el monedero compara los parámetros públicos de la prueba con los datos de la cadena de bloques y valida la prueba ZK localmente. «Por ejemplo, en el caso de una prueba ZK STARK, incluso en un teléfono, [verification] se tarda menos de 100 milisegundos», añadió.

Generar una prueba de pago saliente requiere un poco más de computación, pero Ilie espera que esto se acelere a medida que maduren los circuitos de prueba. Es fundamental destacar que, dado que la arquitectura se basa en pruebas recursivas de tamaño constante, la profundidad histórica de las transacciones nunca penaliza al usuario final. Al abordar las preocupaciones sobre el almacenamiento de pruebas poscuánticas fuera de la cadena, Ilie señaló:

«Las pruebas son, en efecto, más grandes que las firmas y más lentas de generar y verificar, pero eso solo supone una carga cuando toda la red tiene que almacenarlas y validarlas. Al tratarse de un protocolo de validación del lado del cliente, cada usuario solo almacena, verifica y demuestra las monedas que le interesan personalmente, lo cual es muy manejable».

Para poner en perspectiva el espacio de almacenamiento que ocupan, Ilie señaló que «una foto en tu móvil es entre 20 y 40 veces más grande que una prueba», y añadió que enviar pagos requiere «menos ancho de banda y almacenamiento que enviar una foto».

Sin sobrecarga de estado

A medida que crecen los historiales de transacciones, los dispositivos periféricos tradicionales suelen sufrir una sobrecarga de estado. Sin embargo, con Compact Shielded CSV, los clientes ligeros no almacenan ningún historial de transacciones más allá de las pruebas de tamaño constante correspondientes a sus propias monedas no gastadas. «Para cualquier otra cosa, como comprobar si un «nullifier» tiene un gasto conflictivo, simplemente consulta a los nodos completos o de archivo», señaló Ilie, añadiendo que «el crecimiento del historial no afecta en absoluto al tamaño de las pruebas ni al tiempo de verificación».

Contrariamente a la creencia generalizada de que la resistencia cuántica conlleva una elevada congestión de la red y comisiones elevadas, Ilie argumentó que el Compact Shielded CSV es significativamente más eficiente que las redes no cuánticas actuales:

«Aunque resulte sorprendente, nuestro esquema es mucho más ligero y rápido que incluso las cadenas tradicionales, en lugar de ser más pesado. Tendríamos comisiones por transacción mucho más bajas y una congestión de la red mucho menor, no solo al ser totalmente poscuántico, sino también en comparación con la situación actual».