פידליטי מזהירה שהמפתחות הפרטיים של ביטקוין ניצבים בפני סיכון קוונטי עתידי

Fidelity בוחנת את הפגיעוּת הקוונטית של ביטקוין

ההגנות של מפתחי־הפרט בביטקוין עשויות בסופו של דבר לדרוש החלפה או תוספת, לפי הניתוח של Fidelity Digital Assets שפורסם ב-1 בספטמבר. מחשבים קוונטיים רלוונטיים קריפטוגרפית, או CRQCs, אינם קיימים כיום, אך מערכות בעלות יכולת מספקת עשויות לערער את ההנחות המתמטיות שמאבטחות את אישור העסקאות ולהעמיד כספים בסיכון.

מחקר Fidelity Digital Assets זיהה את תפוקת העסקאות כמגבלה מרכזית לכל שדרוג אבטחה עתידי של ביטקוין:

“צמצום גודל המפתח כדי לשמר את תפוקת העסקאות של ביטקוין נותר דאגה מרכזית, אף שההשפעה עשויה להיות פחות בולטת בהתחשב במצב הנוכחי של mempool כמעט ריק.”

מפתחות פרטיים מאפשרים לבעלי ביטקוין לאשר עסקאות בלי להסתמך על מתווך. ארנקים משתמשים במפתח פרטי כדי להפיק חתימה דיגיטלית שמוכיחה שליטה בלי לחשוף את המפתח הסודי. היחס בין מפתחות פרטיים, מפתחות ציבוריים וחתימות עסקאות מהווה את הבסיס לבעלות על ביטקוין ולמשמורת עצמית.

החתימות הנוכחיות של ביטקוין ניצבות בפני איום עתידי

רוב עסקאות הביטקוין הסטנדרטיות משתמשות באלגוריתם החתימה הדיגיטלית בעקומים אליפטיים (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) או בחתימות Schnorr. חתימות Schnorr הפכו לזמינות באמצעות Taproot, כאשר הצעת שיפור ביטקוין 340 מגדירה חתימות Schnorr ו-BIP 341 קובעת את כללי ההוצאה (spending) של Taproot. BIP 341 הוקצתה בינואר 2020 לפני שהשדרוג הופעל ב-2021. שתי השיטות נשענות על הקושי לפתור את בעיית הלוגריתם הדיסקרטי בעקומים אליפטיים באמצעות מחשבים קלאסיים.

מחשב קוונטי חזק דיו שמריץ את אלגוריתם Shor עשוי לפתור את הבעיה הזו ולהפיק מפתחות פרטיים מהמפתחות הציבוריים התואמים. מחקר צמצם חלק מההערכות לגבי המשאבים הנדרשים לתקיפה של קריפטוגרפיה בעקומים אליפטיים, מה שמביא את הדיון על אבטחת ביטקוין מול קוונטום למוקד חד יותר, אף שמערכות קוונטיות קיימות עדיין רחוקות בהרבה מקיבולת רלוונטית קריפטוגרפית.

SHRINCS משלב יעילות עם נתיב שחזור

חוקרים מעריכים מערכות חתימה עמידות לקוונטום הנשענות על פונקציות גיבוב במקום קריפטוגרפיה בעקומים אליפטיים. טיוטת המפרט של SHRINCS משלבת נתיב חתימה קומפקטי מצב־תי (stateful) עם חלופה גדולה יותר חסרת־מצב (stateless). העיצוב הנוכחי שלה מגדיר מפתח ציבורי בגודל 48 בתים, חתימות מצב־תיות בטווח של 548 עד 4,619 בתים, וחתימה חסרת־מצב בגודל 5,777 בתים.

הנתיב המצב־תי מחייב התקני חתימה לעקוב אילו מפתחות חתימה חד־פעמיים כבר שימשו. מצב שאבד או הושחת מונע מהארנק להמשיך בבטחה בנתיב הזה, בעוד שחיווי ה-fallback של SHRINCS נשען על אלגוריתמים מתוך תקן SLH-DSA של המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה שפורסם ב-13 באוגוסט 2024. החלופה חסרת־המצב משמרת גישה אך צורכת באופן משמעותי יותר מקום בבלוק.

מחקר Fidelity Digital Assets תיאר כיצד שדרוג ביטקוין עתידי עמיד לקוונטום יכול להתאים לדרישות אבטחה שונות:

“SHRINCS מייצג נתיב אפשרי אחד קדימה כ-BIP שעבר לאחרונה פורמליזציה. עם זאת, המגבלות הטכניות של ביטקוין וחוסר היעילות הכרוך בחתימות עמידות לקוונטום גדולות יותר מרמזים שפתרון עתידי עשוי להידמות למצב הנוכחי של ביטקוין.”

חתימות גדולות יותר יפחיתו את הקיבולת של ביטקוין

החתימות הקיימות של ביטקוין נשארות קטנות בהרבה מהחלופות המובילות בעידן הפוסט־קוונטי, מה שיוצר פשרה ישירה בין אבטחה עתידית לבין קיבולת הרשת. חתימות גדולות יותר יצרכו יותר מקום בבלוק, יעלו את עלויות העסקאות בתקופות של עומס, ויגבילו את מספר ההעברות שכורים יוכלו לאשר. הערכות אחרות מצאו שמערכות חתימה מסוימות בטוחות לקוונטום עשויות להגדיל באופן חד את נתוני העסקאות.

הטמעת SHRINCS או מערכת אחרת עמידה לקוונטום תדרוש כללי קונצנזוס חדשים, ייתכן באמצעות soft fork תואם־לאחור. ספקי ארנקים, כורים, מפעילי צמתים, בורסות ונאמנים (custodians) יידרשו גם הם לתמוך במעבר. Fidelity הצטרפה ביולי לשמונה חברות פיננסיות וקריפטו נוספות כדי לממן יוזמת אבטחת ביטקוין בסך 15 מיליון דולר הכוללת מחקר עמידות לקוונטום.