O projeto de blockchain à prova de ataques quânticos poderia reduzir as taxas e o congestionamento da rede

Eliminando assinaturas: a pegada na blockchain de 96 bytes

Há anos, a comunidade criptográfica vem alertando sobre uma colisão iminente entre a computação quântica e a tecnologia de blockchain. A matemática por trás dessa ameaça é simples: algoritmos de chave pública como o ECDSA, que protegem tudo — desde transações de bitcoin até contratos inteligentes —, não oferecerão mais segurança adequada quando o hardware quântico amadurecer.

No entanto, a solução proposta muitas vezes pareceu quase tão perigosa quanto o problema em si. Esquemas criptográficos pós-quânticos costumam produzir assinaturas volumosas e provas de conhecimento zero (ZK) gigantescas — uma explosão de dados que ameaça congestionar redes ponto a ponto, sobrecarregar mineradores e elevar as taxas de transação.

No entanto, um novo paradigma arquitetônico promete romper esse dilema de soma zero entre segurança quântica e escalabilidade de rede. Desenvolvida pelo pesquisador em criptografia Dragos Ilie, em parceria com uma equipe do Imperial College London, a validação do lado do cliente com proteção compacta (CSV) demonstra que a transição para a criptografia pós-quântica não exige aceitar taxas de gás exorbitantes nem um desempenho lento da rede.

Na verdade, ao repensar como a propriedade é comprovada e transferir o trabalho de verificação diretamente para os dispositivos dos usuários, o protocolo alcança uma pegada na cadeia de blocos muito mais leve do que até mesmo as blockchains legadas atuais.

No cerne do problema da escalabilidade quântica está uma escolha de projeto tradicional: armazenar assinaturas digitais pesadas em um livro-razão público para que cada nó completo as verifique. O Compact Shielded CSV abandona totalmente as assinaturas na cadeia, substituindo-as por uma nova construção criptográfica denominada “degriefer”.

Na prática, uma transação de entrada única registrada na blockchain consiste em três hashes concisos de 32 bytes, totalizando apenas 96 bytes: um “nullifier” para impedir o gasto duplo, um compromisso de transação e o próprio “degriefer”.

“O ‘degriefer’ é apenas um hash do ‘nullifier’ da moeda, da chave secreta do proprietário e da transação que gasta a moeda”, explicou Ilie. “Ao adicionar esse pequeno hash na cadeia, o remetente agora pode construir uma prova de conhecimento zero fora da cadeia contra ele.”

Neutralizando front-runners e ataques de griefing

Como a construção da prova ZK associada requer a chave secreta do proprietário como entrada privada, retransmissores mal-intencionados e front-runners ficam matematicamente sem saída. “Um invasor pode antecipar uma transação, mas não consegue construir uma prova ZK válida; portanto, com certeza não pode se beneficiar disso”, observou Ilie.

Além disso, se um invasor transmitir uma transação conflitante para atrasar o gasto, o proprietário legítimo pode desmascarar a tentativa sem esforço. “O usuário pode provar, por meio de ZK, que a transação antecipada é uma tentativa inválida de griefing, demonstrando que sua chave secreta real, submetida ao hash com o nullifier, combinada com a transação do invasor, não produz o degriefer publicado pelo invasor”, enfatizou Ilie.

Portanto, em vez de forçar todos os nós ao redor do mundo a baixar, executar e arquivar cada parte do histórico de transações para sempre, o Compact Shielded CSV transfere a responsabilidade de armazenar e verificar os dados de prova para os usuários específicos envolvidos em uma transação.

Do ponto de vista do usuário final, operar uma carteira no Compact Shielded CSV é semelhante a usar um cliente SPV leve de Bitcoin. “Basta ter conexão com pelo menos um nó honesto”, disse Ilie. Para confirmar um pagamento recebido, a carteira verifica os parâmetros públicos da prova em relação aos dados na cadeia e valida a prova ZK localmente. “Por exemplo, para uma prova ZK STARK, mesmo em um celular, [verification] leva menos de 100 milissegundos”, acrescentou ele.

Gerar uma prova de pagamento de saída requer um pouco mais de computação, mas Ilie espera que isso se torne mais rápido à medida que os circuitos de prova amadurecem. Fundamentalmente, como a arquitetura se baseia em provas recursivas de tamanho constante, a profundidade histórica das transações nunca penaliza o usuário final. Abordando as preocupações sobre o armazenamento de provas pós-quânticas fora da cadeia, Ilie observou:

“As provas são de fato maiores do que as assinaturas e mais lentas para serem geradas e verificadas, mas isso só se torna um fardo quando toda a rede precisa armazená-las e validá-las. Como se trata de um protocolo de validação do lado do cliente, cada usuário armazena, verifica e comprova apenas as moedas com as quais se preocupa pessoalmente, o que é muito fácil de gerenciar.”

Para colocar o espaço de armazenamento em perspectiva, Ilie disse que “uma foto no seu celular é 20 a 40 vezes maior do que uma prova”, acrescentando que enviar pagamentos requer “menos largura de banda e armazenamento do que enviar uma foto”.

Sem inchaço de estado

À medida que os históricos de transações crescem, os dispositivos de borda tradicionais costumam sofrer com o inchaço de estado. No Compact Shielded CSV, porém, os clientes leves não armazenam nenhum histórico de transações além das provas de tamanho constante para suas próprias moedas não gastas. “Para qualquer outra coisa, como verificar se um anulador tem um gasto conflitante, ele simplesmente consulta nós completos ou de arquivo”, destacou Ilie, acrescentando que “o crescimento do histórico não afeta de forma alguma o tamanho das provas ou o tempo de verificação”.

Contrariando a crença predominante de que a resistência quântica leva a alto congestionamento de rede e taxas caras, Ilie argumentou que o Compact Shielded CSV é significativamente mais eficiente do que as redes não quânticas atuais:

“Surpreendentemente, nosso esquema é muito mais leve e rápido do que até mesmo as cadeias tradicionais, em vez de ser mais pesado. Teríamos taxas de transação muito mais baixas e muito menos congestionamento na rede, não apenas por ser totalmente pós-quântico, mas também em comparação com o status quo.”