Fidelity opozarja, da zasebnim ključem bitcoina v prihodnosti grozi kvantno tveganje

Fidelity preučuje kvantno ranljivost bitcoina

Zaščita zasebnih ključev bitcoina bo morda sčasoma potrebovala zamenjavo ali dopolnitev, kaže analiza podjetja Fidelity Digital Assets, objavljena 1. septembra. Kriptografsko relevantni kvantni računalniki (CRQC) trenutno še ne obstajajo, vendar bi lahko dovolj zmogljivi sistemi spodkopali matematične predpostavke, na katerih temelji avtorizacija transakcij, in s tem ogrozili sredstva.

Raziskovalna skupina Fidelity Digital Assets Research je pretok transakcij opredelila kot osrednjo oviro za vsako prihodnjo nadgradnjo varnosti bitcoina:

»Zmanjšanje velikosti ključa za ohranitev pretoka transakcij bitcoina ostaja ključna skrb, čeprav je vpliv morda manj izrazit, če upoštevamo trenutno stanje skoraj praznega mempoola.«

Zasebni ključi lastnikom bitcoina omogočajo avtorizacijo transakcij brez posrednika. Denarnice uporabljajo zasebni ključ za ustvarjanje digitalnega podpisa, ki dokazuje nadzor, ne da bi razkrile skrivni ključ. Ta odnos med zasebnimi ključi, javnimi ključi in podpisi transakcij tvori temelj lastništva bitcoina in samostojnega hranjenja.

Sedanji podpisi bitcoina se soočajo z grožnjo v prihodnosti

Večina standardnih bitcoin transakcij uporablja algoritem digitalnega podpisa z eliptično krivuljo (ECDS) ali Schnorrjeve podpise. Schnorrjevi podpisi so postali dostopni prek Taproota, pri čemer je Bitcoin Improvement Proposal 340 (BIP 340) opredelil Schnorrjeve podpise, BIP 341 pa določil pravila porabe v Taprootu. BIP 341 je bil sprejet januarja 2020, še preden je bila nadgradnja aktivirana leta 2021. Oba sistema temeljita na težavnosti reševanja problema diskretnega logaritma eliptične krivulje s klasičnimi računalniki.

Dovolj zmogljiv kvantni računalnik, na katerem teče Shorjev algoritem, bi lahko rešil ta problem in iz ustreznih javnih ključev izpeljal zasebne ključe. Raziskave so zmanjšale nekatere ocene virov, potrebnih za napad na kriptografijo z eliptičnimi krivuljami, s čimer je razprava o kvantni varnosti bitcoina postala še bolj v središču pozornosti, čeprav obstoječi kvantni sistemi ostajajo daleč pod zmogljivostjo, ki bi bila kriptografsko pomembna.

SHRINCS združuje učinkovitost s potjo za obnovo

Raziskovalci ocenjujejo sisteme podpisov, odporne proti kvantnim napadom, ki temeljijo na hash funkcijah namesto na kriptografiji eliptičnih krivulj. Osnutek specifikacije SHRINCS združuje kompaktno pot podpisa s stanjem z večjo rezervno potjo brez stanja. Njegova trenutna zasnova določa 48-bajtni javni ključ, podpise s stanjem v velikosti od 548 do 4.619 bajtov ter podpis brez stanja v velikosti 5.777 bajtov.

Pot s stanjem zahteva, da naprave za podpisovanje spremljajo, kateri ključi za enkratne podpise so že bili uporabljeni. Izgubljeno ali poškodovano stanje preprečuje denarnici, da bi varno nadaljevala po tej poti, medtem ko rezervna rešitev SHRINCS črpa iz algoritmov standarda SLH-DSA Nacionalnega inštituta za standarde in tehnologijo (NIST), objavljenega 13. avgusta 2024. Alternativa brez stanja ohranja dostop, vendar porabi bistveno več prostora v bloku.

Fidelity Digital Assets Research je opisal, kako bi prihodnja kvantno odporna nadgradnja bitcoina lahko upoštevala različne varnostne zahteve:

»SHRINCS predstavlja eno od možnih poti naprej kot nedavno formalizirani BIP. Vendar pa tehnične omejitve bitcoina in neučinkovitosti, povezane z večjimi kvantno odpornimi podpisi, kažejo, da bo prihodnja rešitev morda podobna trenutnemu stanju bitcoina.«

Večji podpisi bi zmanjšali zmogljivost bitcoina

Obstoječi podpisi bitcoina ostajajo precej manjši od vodilnih postkvantnih alternativ, kar ustvarja neposredno dilemo med prihodnjo varnostjo in zmogljivostjo omrežja. Večji podpisi bi porabili več prostora v blokih, povečali stroške transakcij v obdobjih preobremenjenosti in omejili število prenosov, ki bi jih rudarji lahko potrdili. Druge ocene so pokazale, da bi nekateri kvantno varni sistemi podpisov lahko močno povečali obseg transakcijskih podatkov.

Uvedba SHRINCS ali drugega kvantno odpornega sistema bi zahtevala nova pravila konsenza, potencialno prek nazaj združljivega mehkega razcepa (soft fork). Tudi ponudniki denarnic, rudarji, upravljavci vozlišč, borze in skrbniki bi morali podpreti ta prehod. Družba Fidelity se je julija pridružila osmim drugim finančnim in kriptovalutnim podjetjem pri financiranju varnostne pobude za Bitcoin v višini 15 milijonov dolarjev, ki vključuje raziskave na področju odpornosti proti kvantnim napadom.