فیدلیتی هشدار می‌دهد که کلیدهای خصوصی بیت‌کوین در آینده با ریسک کوانتومی مواجه‌اند

فیدلیتی آسیب‌پذیری کوانتومی بیت‌کوین را بررسی می‌کند

طبق تحلیل فیدلیتی دیجیتال اَسِتس که ۱ سپتامبر منتشر شد، حفاظت‌های کلید خصوصی بیت‌کوین ممکن است در نهایت به جایگزینی یا تکمیل نیاز داشته باشد. رایانه‌های کوانتومیِ مرتبط از نظر رمزنگاری، یا CRQCها، در حال حاضر وجود ندارند، اما سامانه‌هایی با توان کافی می‌توانند فرضیات ریاضیِ تأمین‌کننده مجوزدهی تراکنش‌ها را تضعیف کرده و سرمایه‌ها را در معرض خطر قرار دهند.

پژوهش فیدلیتی دیجیتال اَسِتس توان عملیاتی تراکنش‌ها را به‌عنوان یک محدودیت محوری برای هر ارتقای امنیتی آینده بیت‌کوین شناسایی کرد:

“کوچک نگه داشتن اندازه کلید برای حفظ توان عملیاتی تراکنش‌های بیت‌کوین همچنان یک نگرانی کلیدی است، هرچند با توجه به وضعیت فعلیِ مم‌پولِ تقریباً خالی، ممکن است اثر آن کمتر محسوس باشد.”

کلیدهای خصوصی به مالکان بیت‌کوین اجازه می‌دهند بدون اتکا به یک واسطه، تراکنش‌ها را مجاز کنند. کیف پول‌ها از کلید خصوصی برای تولید یک امضای دیجیتال استفاده می‌کنند که کنترل را اثبات می‌کند بدون آنکه کلید محرمانه را افشا کند. این رابطه میان کلیدهای خصوصی، کلیدهای عمومی و امضاهای تراکنش بنیان مالکیت و خودامانتیِ بیت‌کوین را شکل می‌دهد.

امضاهای فعلی بیت‌کوین با تهدیدی در آینده روبه‌رو هستند

بیشتر تراکنش‌های استاندارد بیت‌کوین از الگوریتم امضای دیجیتالِ منحنی بیضوی (ECDSA) یا امضاهای شنور استفاده می‌کنند. امضاهای شنور از طریق تپ‌روت در دسترس قرار گرفتند؛ به‌طوری‌که پیشنهاد بهبود بیت‌کوین 340 امضاهای شنور را مشخص می‌کند و BIP 341 قواعد خرج‌کرد تپ‌روت را برقرار می‌سازد. BIP 341 در ژانویه 2020 اختصاص داده شد، پیش از آنکه ارتقا در 2021 فعال شود. هر دو طرح به دشواری حل مسئله لگاریتم گسسته روی منحنی بیضوی با رایانه‌های کلاسیک متکی هستند.

یک رایانه کوانتومیِ به‌اندازه کافی قدرتمند که الگوریتم شور را اجرا کند می‌تواند آن مسئله را حل کرده و کلیدهای خصوصی را از کلیدهای عمومی متناظر استخراج کند. پژوهش‌ها برخی برآوردها درباره منابع لازم برای حمله به رمزنگاریِ منحنی بیضوی را کاهش داده‌اند و بحث امنیت کوانتومی بیت‌کوین را پررنگ‌تر کرده‌اند، هرچند سامانه‌های کوانتومی موجود همچنان بسیار پایین‌تر از ظرفیتِ مرتبط از نظر رمزنگاری هستند.

SHRINCS کارایی را با یک مسیر بازیابی ترکیب می‌کند

پژوهشگران در حال ارزیابی سامانه‌های امضای مقاوم در برابر کوانتوم هستند که به‌جای رمزنگاری منحنی بیضوی، بر توابع هش تکیه دارند. پیش‌نویس مشخصات SHRINCS یک مسیر امضای حالت‌دارِ فشرده را با یک گزینه جایگزینِ بدون‌حالتِ بزرگ‌تر ترکیب می‌کند. طراحی فعلی آن یک کلید عمومی 48 بایتی، امضاهای حالت‌دار در بازه 548 تا 4,619 بایت، و یک امضای بدون‌حالتِ 5,777 بایتی را مشخص می‌کند.

مسیر حالت‌دار از دستگاه‌های امضاکننده می‌خواهد پیگیری کنند کدام کلیدهای امضای یک‌بارمصرف قبلاً استفاده شده‌اند. از دست رفتن یا خراب شدن وضعیت (state) مانع از آن می‌شود که کیف پول بتواند با خیال راحت در آن مسیر ادامه دهد، در حالی که گزینه جایگزین SHRINCS از الگوریتم‌هایی از استاندارد SLH-DSA مؤسسه ملی استانداردها و فناوری بهره می‌برد که ۱۳ اوت ۲۰۲۴ منتشر شد. گزینه بدون‌حالت دسترسی را حفظ می‌کند اما فضای بلاک به‌مراتب بیشتری مصرف می‌کند.

پژوهش فیدلیتی دیجیتال اَسِتس توضیح داد که یک ارتقای آینده بیت‌کوینِ مقاوم در برابر کوانتوم چگونه می‌تواند نیازهای امنیتی متفاوت را پوشش دهد:

“SHRINCS یک مسیر بالقوه رو به جلو را به‌عنوان یک BIP که به‌تازگی رسمی شده، نمایندگی می‌کند. با این حال، محدودیت‌های فنی بیت‌کوین و ناکارآمدی‌های مرتبط با امضاهای بزرگ‌ترِ مقاوم در برابر کوانتوم نشان می‌دهد که یک راه‌حل آینده ممکن است شبیه وضعیت فعلی بیت‌کوین باشد.”

امضاهای بزرگ‌تر ظرفیت بیت‌کوین را کاهش خواهند داد

امضاهای موجود بیت‌کوین در مقایسه با گزینه‌های پیشروِ پساکوانتومی بسیار کوچک‌تر هستند و یک بده‌بستان مستقیم میان امنیت آینده و ظرفیت شبکه ایجاد می‌کنند. امضاهای بزرگ‌تر فضای بیشتری از بلاک را مصرف می‌کنند، هزینه تراکنش را در دوره‌های ازدحام افزایش می‌دهند و تعداد انتقال‌هایی را که ماینرها می‌توانند تأیید کنند محدود می‌سازند. ارزیابی‌های دیگر نشان دادند که برخی سامانه‌های امضای امن در برابر کوانتوم می‌توانند داده‌های تراکنش را به‌شدت افزایش دهند.

پیاده‌سازی SHRINCS یا یک سامانه مقاوم در برابر کوانتومِ دیگر به قواعد اجماع جدید نیاز خواهد داشت، احتمالاً از طریق یک سافت‌فورکِ سازگار با عقب. ارائه‌دهندگان کیف پول، ماینرها، اپراتورهای نود، صرافی‌ها و متولیان نگهداری نیز باید از گذار پشتیبانی کنند. فیدلیتی در ژوئیه به همراه هشت شرکت مالی و کریپتویی دیگر برای تأمین مالی یک ابتکار امنیتی بیت‌کوین به ارزش ۱۵ میلیون دلار که شامل پژوهش درباره مقاومت کوانتومی است، مشارکت کرد.