Vitalik Buterin, medeoprichter van Ethereum, zegt dat het moeilijkste probleem in de cryptografie nog steeds niet is opgelost

Wat obfuscatie eigenlijk doet

De meeste mensen in de cryptowereld zijn bekend met versleuteling, waarmee gegevens tijdens de overdracht worden verborgen, en met zero-knowledge-bewijzen, waarmee gegevens worden geverifieerd zonder ze prijs te geven. Obfuscatie doet iets anders: het verbergt de code zelf.

Bekijk het eens op deze manier. Versleuteling sluit een brief op in een envelop. Obfuscatie versleutelt de machine die de brief schrijft, zodat niemand – zelfs niet iemand die toekijkt hoe deze werkt – kan achterhalen hoe deze werkt.

De specifieke versie die Vitalik Buterin in zijn laatste blogpost beschreef, heet ‘indistinguishability obfuscation’, of kortweg iO. Simpel gezegd betekent iO dat als twee programma’s hetzelfde doen maar verschillende interne logica gebruiken, je ze na obfuscatie niet meer van elkaar kunt onderscheiden. Het programma draait, produceert echte resultaten en onthult niets over hoe het daar is gekomen.

Waarom blockchain dit nodig heeft

In zijn analyse bracht Buterin iO rechtstreeks in verband met de blockchain-toepassing. Versleutelde programma’s kunnen niet voorkomen dat ze worden gekopieerd, wat betekent dat ze geen statusgegevens kunnen bijhouden, zoals een saldo of een transactiegeschiedenis. Dat is precies wat blockchains doen.

Combineer die twee, schreef Buterin, en het resultaat is iets dat dicht in de buurt komt van een „trustless trusted third party“. Een systeem dat regels afdwingt, invoer verwerkt en eerlijke uitkomsten produceert zonder dat iemand de mensen hoeft te vertrouwen die het hebben gebouwd.

Een concreet voorbeeld: een veilig, privé en manipulatiebestendig stemsysteem zonder multisig-commissie, zonder ‘trusted setup’ die door een kleine groep wordt beheerd, en zonder de aanname dat ten minste enkele deelnemers eerlijk blijven.

De voortgang tot nu toe

Onderzoekers hebben ongeveer 20 jaar geprobeerd een aantoonbaar veilige versie van iO te bouwen. Vroege benaderingen werden herhaaldelijk doorbroken. Buterin verwees naar een belangrijk resultaat uit 2001 waaruit bleek dat de ideale versie van obfuscation wiskundig onmogelijk is. Onderzoekers richtten zich vervolgens op iO als het op één na beste doel.

De afgelopen jaren is er een mijlpaal bereikt op dit gebied. Cryptografen beschikken nu over constructies waarmee iO kan worden gerealiseerd onder wat Buterin „redelijke beveiligingsaannames“ noemt. Dat is echte vooruitgang.

Het probleem: looptijden die langer zijn dan het universum

Het addertje onder het gras is de uitvoeringstijd. De huidige iO-schema’s zijn technisch gezien polynoom, wat betekent dat ze meegroeien met de invoergrootte in plaats van exponentieel uit de hand te lopen. Maar Buterin omschreef de daadwerkelijke overhead als „galactisch“.

De schema’s werken door meerdere lagen geavanceerde cryptografische tools in elkaar te stapelen. Elke laag omhult de laag eronder. Het resultaat is een systeem waarbij het verwerken van één enkele invoer een overheadfactor kan vereisen die wordt geschat op meer dan 10 tot de 10e macht, met beveiligingseisen die de omvang van de cijfertekst duizenden keren groter maken dan bij standaardconstructies.

Buterins schatting: de verwachte uitvoeringstijden bij de huidige schema’s overschrijden de leeftijd van het universum.

3 wegen vooruit

Buterin schetste drie wegen die onderzoekers volgen:

• De bestaande reeks constructies optimaliseren door middel van slimmere technieken en AI-ondersteuning om elke bottleneck met ordes van grootte te verminderen, vergelijkbaar met hoe de prestaties van SNARK na 2010 drastisch verbeterden.
• iO bouwen met behulp van agressievere maar eenvoudigere cryptografische aannames, waarbij enige theoretische nauwkeurigheid wordt ingeruild voor praktische snelheid.
• Een geheel nieuwe benadering van obfuscatie ontdekken, mogelijk buiten de op roosters gebaseerde wiskunde die ten grondslag ligt aan het meeste huidige werk.

Wat dit betekent voor crypto

Buterin zette de inzet duidelijk uiteen. Als een van deze wegen slaagt, is het resultaat een versie van cryptografie waarbij elk protocol dat met een vertrouwde derde partij kan worden beschreven, ook zonder zo’n partij kan worden gebouwd. Dat omvat private smart contracts, anonieme authenticatiesystemen, versleutelde berekeningen op gevoelige gegevens en bestuurssystemen die niet door insiders kunnen worden gemanipuleerd.

"Als we op een van beide wegen slagen, is de beloning groot: in zekere zin zullen we dan 'cryptografie hebben opgelost': elk protocol dat kan worden beschreven met behulp van een geïdealiseerde vertrouwde derde partij – mits de tegenstander de klok terug mag draaien – zal veilig kunnen worden geïmplementeerd. Maar om dat te bereiken is nog steeds een enorme uitdaging,” concludeerde Buterin.

De technologie is nog niet klaar. Maar de routekaart, zo schreef Buterin, is duidelijker dan ooit tevoren.