ฟิเดลิตี้เตือนว่ากุญแจส่วนตัวของบิตคอยน์อาจเผชิญความเสี่ยงจากควอนตัมในอนาคต

Fidelity ตรวจสอบความเปราะบางของบิตคอยน์ต่อควอนตัม

การปกป้องด้วยคีย์ส่วนตัวของบิตคอยน์อาจต้องถูกแทนที่หรือเสริมเพิ่มเติมในอนาคต ตาม บทวิเคราะห์ของ Fidelity Digital Assets ที่เผยแพร่เมื่อวันที่ 1 กันยายน คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เกี่ยวข้องกับงานเข้ารหัส (cryptographically relevant quantum computers หรือ CRQCs) ยังไม่มีอยู่ในปัจจุบัน แต่หากมีระบบที่มีความสามารถเพียงพอ ก็อาจบ่อนทำลายสมมติฐานทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ปกป้องการอนุมัติธุรกรรม และทำให้เงินทุนตกอยู่ในความเสี่ยงได้

Fidelity Digital Assets Research ระบุว่า ปริมาณงานธุรกรรม (transaction throughput) เป็นข้อจำกัดหลักสำหรับการอัปเกรดความปลอดภัยของบิตคอยน์ในอนาคต:

“การลดขนาดคีย์ให้น้อยที่สุดเพื่อคงปริมาณงานธุรกรรมของบิตคอยน์ไว้ยังคงเป็นข้อกังวลสำคัญ แม้ว่าผลกระทบอาจไม่เด่นชัดนักเมื่อพิจารณาจากสภาพปัจจุบันที่ mempool เกือบว่างเปล่า”

คีย์ส่วนตัวช่วยให้เจ้าของบิตคอยน์สามารถอนุมัติธุรกรรมได้โดยไม่ต้องพึ่งพาคนกลาง วอลเล็ตใช้คีย์ส่วนตัวในการสร้างลายเซ็นดิจิทัลซึ่งพิสูจน์การควบคุมได้โดยไม่เปิดเผยคีย์ลับ ความสัมพันธ์ระหว่าง คีย์ส่วนตัว คีย์สาธารณะ และลายเซ็นธุรกรรม นี้เป็นรากฐานของความเป็นเจ้าของบิตคอยน์และการถือครองด้วยตนเอง (self-custody)

ลายเซ็นปัจจุบันของบิตคอยน์เผชิญภัยคุกคามในอนาคต

ธุรกรรมบิตคอยน์มาตรฐานส่วนใหญ่ใช้ Elliptic Curve Digital Signature Algorithm หรือใช้ลายเซ็น Schnorr ลายเซ็น Schnorr ถูกนำมาใช้ผ่าน Taproot โดย ข้อเสนอปรับปรุงบิตคอยน์ (Bitcoin Improvement Proposal) 340 ระบุรายละเอียดลายเซ็น Schnorr และ BIP 341 กำหนดกฎการใช้จ่ายของ Taproot BIP 341 ถูกกำหนดหมายเลขในเดือนมกราคม 2020 ก่อนที่การอัปเกรดจะเปิดใช้งานในปี 2021 ทั้งสองแนวทางพึ่งพาความยากของการแก้ปัญหาลอการิทึมไม่ต่อเนื่องบนเส้นโค้งวงรี (elliptic curve discrete logarithm problem) ด้วยคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก

คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทรงพลังเพียงพอซึ่งรันอัลกอริทึมของ Shor อาจแก้ปัญหาดังกล่าวและอนุมานคีย์ส่วนตัวจากคีย์สาธารณะที่สอดคล้องกันได้ งานวิจัยได้ลดการประเมินบางส่วนเกี่ยวกับทรัพยากรที่จำเป็นในการโจมตีคริปโตกราฟีบนเส้นโค้งวงรี ทำให้ การถกเถียงเรื่องความปลอดภัยของบิตคอยน์ต่อควอนตัม ได้รับความสนใจมากขึ้น แม้ว่าระบบควอนตัมที่มีอยู่ในปัจจุบันจะยังห่างไกลจากขีดความสามารถที่เกี่ยวข้องกับงานเข้ารหัสมาก

SHRINCS ผสานประสิทธิภาพเข้ากับเส้นทางการกู้คืน

นักวิจัยกำลังประเมินระบบลายเซ็นที่ทนทานต่อควอนตัมซึ่งอาศัยฟังก์ชันแฮชแทนคริปโตกราฟีบนเส้นโค้งวงรี โดย ร่างข้อกำหนด SHRINCS ผสานเส้นทางลายเซ็นแบบมีสถานะ (stateful) ที่กะทัดรัดเข้ากับทางเลือกสำรองแบบไร้สถานะ (stateless) ที่มีขนาดใหญ่กว่า การออกแบบปัจจุบันกำหนดคีย์สาธารณะขนาด 48 ไบต์ ลายเซ็นแบบมีสถานะตั้งแต่ 548 ถึง 4,619 ไบต์ และลายเซ็นแบบไร้สถานะขนาด 5,777 ไบต์

เส้นทางแบบมีสถานะกำหนดให้อุปกรณ์ที่ใช้ลงนามต้องติดตามว่าได้ใช้คีย์ลายเซ็นแบบครั้งเดียว (one-time signature keys) ใดไปแล้ว สถานะที่สูญหายหรือเสียหายจะทำให้วอลเล็ตไม่สามารถดำเนินการต่อในเส้นทางนั้นได้อย่างปลอดภัย ขณะที่ทางเลือกสำรองของ SHRINCS อาศัยอัลกอริทึมจาก มาตรฐาน SLH-DSA ของสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) ซึ่งเผยแพร่เมื่อวันที่ 13 สิงหาคม 2024 ทางเลือกแบบไร้สถานะช่วยคงการเข้าถึงไว้ได้ แต่กินพื้นที่บล็อกมากกว่ามาก

Fidelity Digital Assets Research อธิบายว่า การอัปเกรดบิตคอยน์ให้ทนทานต่อควอนตัมในอนาคตอาจรองรับความต้องการด้านความปลอดภัยที่แตกต่างกันได้อย่างไร:

“SHRINCS เป็นหนึ่งในเส้นทางที่เป็นไปได้ในอนาคตในฐานะ BIP ที่เพิ่งถูกทำให้เป็นทางการ อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดทางเทคนิคของบิตคอยน์และความไม่มีประสิทธิภาพที่มาพร้อมลายเซ็นทนทานต่อควอนตัมที่มีขนาดใหญ่ขึ้น บ่งชี้ว่าแนวทางแก้ไขในอนาคตอาจมีลักษณะคล้ายกับสภาพปัจจุบันของบิตคอยน์”

ลายเซ็นที่ใหญ่ขึ้นจะลดความจุของบิตคอยน์

ลายเซ็นที่บิตคอยน์ใช้อยู่ในปัจจุบันยังมีขนาดเล็กกว่าทางเลือกหลังยุคควอนตัม (post-quantum) ชั้นนำอย่างมาก ทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนโดยตรงระหว่างความปลอดภัยในอนาคตกับความจุของเครือข่าย ลายเซ็นที่ใหญ่ขึ้นจะกินพื้นที่บล็อกมากขึ้น ทำให้ต้นทุนธุรกรรมสูงขึ้นในช่วงที่เครือข่ายแออัด และจำกัดจำนวนการโอนที่นักขุดสามารถยืนยันได้ การประเมินอื่น ๆ พบว่า ระบบลายเซ็นที่ปลอดภัยต่อควอนตัมบางระบบอาจทำให้ข้อมูลธุรกรรมเพิ่มขึ้นอย่างมาก

การนำ SHRINCS หรือระบบที่ทนทานต่อควอนตัมอื่นมาใช้จะต้องมีกฎฉันทามติใหม่ ซึ่งอาจทำผ่านซอฟต์ฟอร์กที่เข้ากันได้ย้อนหลัง ผู้ให้บริการวอลเล็ต นักขุด ผู้ดำเนินการโหนด แพลตฟอร์มแลกเปลี่ยน และผู้รับฝากทรัพย์สิน (custodians) ก็จะต้องสนับสนุนการเปลี่ยนผ่านด้วย Fidelity ได้เข้าร่วมกับบริษัทการเงินและคริปโตอีกแปดแห่งในเดือนกรกฎาคมเพื่อสนับสนุน โครงการริเริ่มด้านความปลอดภัยของบิตคอยน์มูลค่า 15 ล้านดอลลาร์ ซึ่งรวมถึงงานวิจัยด้านความทนทานต่อควอนตัม