Fidelity ostrzega, że klucze prywatne bitcoina są narażone na przyszłe zagrożenie związane z technologią kwantową

Fidelity bada podatność Bitcoina na ataki kwantowe

Zgodnie z analizą Fidelity Digital Assets opublikowaną 1 września zabezpieczenia kluczy prywatnych bitcoina mogą w przyszłości wymagać wymiany lub uzupełnienia. Komputery kwantowe o znaczeniu kryptograficznym (CRQC) obecnie nie istnieją, ale systemy o wystarczającej mocy obliczeniowej mogłyby podważyć założenia matematyczne zabezpieczające autoryzację transakcji i narazić środki na ryzyko.

Zespół badawczy Fidelity Digital Assets wskazał przepustowość transakcji jako główne ograniczenie dla wszelkich przyszłych ulepszeń bezpieczeństwa Bitcoina:

„Minimalizacja rozmiaru klucza w celu zachowania przepustowości transakcji Bitcoina pozostaje kluczową kwestią, choć wpływ tego rozwiązania może być mniej wyraźny, biorąc pod uwagę obecny stan niemal pustej puli pamięci (mempool)”.

Klucze prywatne pozwalają właścicielom bitcoinów autoryzować transakcje bez konieczności korzystania z pośredników. Portfele wykorzystują klucz prywatny do generowania podpisu cyfrowego, który potwierdza kontrolę nad środkami bez ujawniania tajnego klucza. Ta relacja między kluczami prywatnymi, kluczami publicznymi i podpisami transakcji stanowi podstawę własności bitcoinów i samodzielnego przechowywania aktywów.

Obecne podpisy w sieci Bitcoin stoją w obliczu przyszłego zagrożenia

Większość standardowych transakcji Bitcoin wykorzystuje algorytm cyfrowego podpisu na krzywej eliptycznej (ECDS) lub podpisy Schnorra. Podpisy Schnorra stały się dostępne dzięki Taproot – propozycja ulepszenia Bitcoina nr 340 (BIP 340) określała podpisy Schnorra, a BIP 341 ustanawiała zasady wydatkowania w ramach Taproot. Propozycja BIP 341 została przyjęta w styczniu 2020 r., zanim aktualizacja została uruchomiona w 2021 r. Oba schematy opierają się na trudności rozwiązania problemu logarytmu dyskretnego krzywej eliptycznej przy użyciu klasycznych komputerów.

Wystarczająco wydajny komputer kwantowy wykorzystujący algorytm Shora mógłby rozwiązać ten problem i wywnioskować klucze prywatne na podstawie odpowiadających im kluczy publicznych. Badania zmniejszyły niektóre szacunki dotyczące zasobów potrzebnych do ataku na kryptografię opartą na krzywych eliptycznych, co sprawiło, że debata na temat bezpieczeństwa Bitcoina przed atakami kwantowymi zyskała na znaczeniu, chociaż istniejące systemy kwantowe pozostają daleko poniżej poziomu wydajności istotnego z punktu widzenia kryptografii.

SHRINCS łączy wydajność ze ścieżką odzyskiwania

Naukowcy oceniają systemy podpisów odporne na ataki kwantowe, które opierają się na funkcjach skrótu, a nie na kryptografii opartej na krzywych eliptycznych. Wstępna specyfikacja SHRINCS łączy kompaktową ścieżkę podpisu stanowego z większym rozwiązaniem awaryjnym bezstanowym. Obecny projekt przewiduje klucz publiczny o długości 48 bajtów, podpisy stanowe o długości od 548 do 4 619 bajtów oraz podpis bezstanowy o długości 5 777 bajtów.

Ścieżka z zachowaniem stanu wymaga od urządzeń podpisujących śledzenia, które klucze do podpisów jednorazowych zostały już wykorzystane. Utrata lub uszkodzenie stanu uniemożliwia portfelowi bezpieczne kontynuowanie tej ścieżki, podczas gdy rozwiązanie awaryjne SHRINCS opiera się na algorytmach zawartych w standardzie SLH-DSA Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST), opublikowanym 13 sierpnia 2024 r. Alternatywa bezstanowa zachowuje dostęp, ale zużywa znacznie więcej miejsca w bloku.

Fidelity Digital Assets Research opisało, w jaki sposób przyszła, odporna na ataki kwantowe aktualizacja Bitcoina mogłaby uwzględnić różne wymagania bezpieczeństwa:

„SHRINCS stanowi jedną z potencjalnych ścieżek rozwoju jako niedawno sformalizowany BIP. Jednak ograniczenia techniczne Bitcoina oraz nieefektywność związana z większymi podpisami odpornymi na ataki kwantowe sugerują, że przyszłe rozwiązanie może przypominać obecny stan Bitcoina”.

Większe podpisy ograniczyłyby przepustowość Bitcoina

Obecne podpisy w sieci Bitcoin są znacznie mniejsze niż wiodące alternatywne rozwiązania postkwantowe, co powoduje bezpośredni kompromis między przyszłym bezpieczeństwem a przepustowością sieci. Większe podpisy zajmowałyby więcej miejsca w blokach, podniosłyby koszty transakcji w okresach przeciążenia sieci oraz ograniczyłyby liczbę przelewów, które górnicy mogliby potwierdzić. Inne analizy wykazały, że niektóre systemy podpisów odpornych na ataki kwantowe mogłyby znacznie zwiększyć objętość danych transakcyjnych.

Wdrożenie SHRINCS lub innego systemu odpornego na ataki kwantowe wymagałoby nowych zasad konsensusu, potencjalnie poprzez soft fork zapewniający kompatybilność wsteczną. Dostawcy portfeli, górnicy, operatorzy węzłów, giełdy i podmioty sprawujące nadzór również musieliby wesprzeć tę transformację. W lipcu firma Fidelity dołączyła do ośmiu innych przedsiębiorstw z branży finansowej i kryptowalutowej, aby sfinansować wartą 15 milionów dolarów inicjatywę dotyczącą bezpieczeństwa bitcoina, która obejmuje badania nad odpornością na ataki kwantowe.