Desain Blockchain yang Aman dari Serangan Kuantum Berpotensi Mengurangi Biaya dan Meminimalkan Pembengkakan Jaringan

Menghilangkan Tanda Tangan: Jejak On-Chain 96 Byte

Selama bertahun-tahun, komunitas kriptografi telah memperingatkan tentang potensi benturan antara komputasi kuantum dan teknologi blockchain. Matematika di balik ancaman ini cukup sederhana: algoritma kunci publik seperti ECDSA, yang mengamankan segala hal mulai dari transaksi bitcoin hingga kontrak pintar, tidak akan lagi memberikan keamanan yang memadai begitu perangkat keras kuantum matang.

Namun, solusi yang diusulkan sering kali tampak hampir sama berbahayanya dengan masalahnya sendiri. Skema kriptografi pasca-kuantum secara rutin menghasilkan tanda tangan yang membengkak dan bukti zero-knowledge (ZK) yang sangat besar—ledakan data yang mengancam akan menyumbat jaringan peer-to-peer, membebani penambang, dan menaikkan biaya transaksi.

Namun, sebuah paradigma arsitektur baru menjanjikan untuk memutus pertukaran zero-sum antara keamanan kuantum dan skalabilitas jaringan ini. Dipelopori oleh peneliti kriptografi Dragos Ilie bersama tim dari Imperial College London, Compact Shielded client-side validation (CSV) menunjukkan bahwa transisi ke kriptografi pasca-kuantum tidak mengharuskan kita menerima biaya gas yang sangat tinggi atau kinerja jaringan yang lambat.

Bahkan, dengan menata ulang cara pembuktian kepemilikan dan mengalihkan pekerjaan verifikasi langsung ke perangkat pengguna, protokol ini menghasilkan jejak on-chain yang jauh lebih ringan daripada blockchain lama yang ada saat ini.

Inti dari masalah skalabilitas kuantum terletak pada pilihan desain tradisional: menyimpan tanda tangan digital yang berat di buku besar publik agar setiap node penuh dapat memeriksanya. Compact Shielded CSV sepenuhnya meninggalkan tanda tangan on-chain, menggantinya dengan konstruksi kriptografi baru yang disebut degriefer.

Dalam praktiknya, sebuah transaksi dengan satu input yang tercatat di blockchain terdiri dari tiga hash ringkas berukuran 32 byte dengan total hanya 96 byte: nullifier untuk mencegah pengeluaran ganda, komitmen transaksi, dan degriefer itu sendiri.

"Degriefer hanyalah hash dari nullifier koin, kunci rahasia pemilik, dan transaksi yang membelanjakan koin tersebut," jelas Ilie. "Dengan menambahkan hash kecil ini di dalam rantai, pengirim kini dapat membuat bukti zero-knowledge di luar rantai terhadapnya."

Menetralkan Serangan Front-Runner dan Griefing

Karena pembuatan bukti ZK yang menyertainya memerlukan kunci rahasia pemilik sebagai input pribadi, perantara jahat dan pelaku front-run secara matematis akan menemui jalan buntu. "Seorang penyerang dapat melakukan front-run terhadap suatu transaksi, tetapi ia tidak dapat membuat bukti ZK yang valid, sehingga pasti ia tidak dapat memperoleh keuntungan dari hal ini," kata Ilie.

Selain itu, jika seorang penyerang menyiarkan transaksi yang bertentangan untuk menghambat pengeluaran, pemilik yang sah dapat dengan mudah mengungkap upaya tersebut. "Pengguna dapat membuktikan melalui ZK bahwa transaksi frontrunning tersebut merupakan upaya griefing yang tidak sah dengan menunjukkan bahwa kunci rahasia aslinya yang di-hash dengan nullifier dan transaksi penyerang tidak menghasilkan degriefer yang diposting oleh penyerang," tegas Ilie.

Oleh karena itu, alih-alih memaksa setiap node di seluruh dunia untuk mengunduh, menjalankan, dan mengarsipkan setiap bagian riwayat transaksi selamanya, Compact Shielded CSV mengalihkan tanggung jawab penyimpanan dan verifikasi data bukti kepada pengguna tertentu yang terlibat dalam suatu transaksi.

Dari sudut pandang pengguna akhir, mengoperasikan dompet di Compact Shielded CSV terasa mirip dengan menggunakan klien SPV Bitcoin yang ringan. "Dompet hanya perlu terhubung ke setidaknya satu node yang jujur," kata Ilie. Untuk mengonfirmasi pembayaran yang masuk, dompet memeriksa parameter publik bukti tersebut dengan data on-chain dan memvalidasi bukti ZK secara lokal. "Misalnya, untuk bukti ZK STARK, bahkan di ponsel, [verification] hanya membutuhkan waktu kurang dari 100 milidetik," tambahnya.

Membuat bukti pembayaran keluar membutuhkan komputasi yang sedikit lebih banyak, tetapi Ilie memperkirakan proses ini akan semakin cepat seiring dengan semakin matangnya sirkuit pembuktian. Yang terpenting, karena arsitektur ini bergantung pada bukti rekursif berukuran konstan, kedalaman transaksi historis tidak pernah merugikan pengguna di ujung jaringan. Menanggapi kekhawatiran tentang penyimpanan bukti pasca-kuantum di luar rantai, Ilie menyatakan:

"Bukti-bukti tersebut memang lebih besar daripada tanda tangan dan lebih lambat untuk dihasilkan serta diverifikasi, tetapi hal itu hanya menjadi beban ketika seluruh jaringan harus menyimpannya dan memvalidasinya. Karena ini adalah protokol validasi sisi klien, setiap pengguna hanya menyimpan, memverifikasi, dan membuktikan koin-koin yang secara pribadi menjadi perhatiannya, yang sangat mudah dikelola."

Untuk memberikan gambaran tentang jejak penyimpanan, Ilie mengatakan bahwa "satu foto di ponsel Anda 20–40 kali lebih besar daripada satu bukti," sambil menambahkan bahwa mengirim pembayaran membutuhkan "bandwidth dan penyimpanan yang lebih sedikit daripada mengirim foto."

Tanpa Pembengkakan Status

Seiring bertambahnya riwayat transaksi, perangkat tepi tradisional sering kali mengalami pembengkakan status. Namun, di bawah Compact Shielded CSV, klien ringan tidak menyimpan riwayat transaksi apa pun selain bukti berukuran konstan untuk koin mereka sendiri yang belum terpakai. "Untuk hal lain, seperti memeriksa apakah nullifier memiliki pengeluaran yang bertentangan, klien ringan cukup melakukan kueri ke node penuh atau arsip," jelas Ilie, sambil menambahkan bahwa "pertumbuhan riwayat sama sekali tidak memengaruhi ukuran bukti atau waktu verifikasi."

Berlawanan dengan keyakinan umum bahwa ketahanan kuantum menyebabkan kemacetan jaringan yang tinggi dan biaya yang mahal, Ilie berargumen bahwa Compact Shielded CSV jauh lebih efisien daripada jaringan non-kuantum saat ini:

"Yang cukup mengejutkan, skema kami jauh lebih ringan dan lebih cepat daripada rantai tradisional, bukan justru lebih berat. Kami akan memiliki biaya transaksi yang jauh lebih rendah dan kemacetan jaringan yang jauh lebih sedikit, tidak hanya karena sepenuhnya tahan kuantum, tetapi juga dibandingkan dengan kondisi saat ini."