Kuantumdan Korunan Blok Zinciri Tasarımı, Ücretleri ve Ağ Yükünü Azaltabilir

İmzaların Ortadan Kaldırılması: 96 Baytlık Zincir Üzerindeki Ayak İzi

Yıllardır kriptografi topluluğu, kuantum bilişim ile blok zinciri teknolojisi arasında yaklaşan bir çatışma konusunda uyarıda bulunuyor. Bu tehdidin arkasındaki matematik oldukça basit: Bitcoin işlemlerinden akıllı sözleşmelere kadar her şeyi güvence altına alan ECDSA gibi açık anahtar algoritmaları, kuantum donanımı olgunlaştığında artık yeterli güvenlik sağlayamayacak.

Ancak önerilen çözüm, çoğu zaman sorunun kendisi kadar tehlikeli görünmüştür. Kuantum sonrası kriptografik şemalar, rutin olarak şişirilmiş imzalar ve devasa sıfır bilgi (ZK) kanıtları üretir; bu veri patlaması, eşler arası ağları tıkama, madencileri aşırı yükleme ve işlem ücretlerini artırma tehdidi oluşturur.

Ancak yeni bir mimari paradigma, kuantum güvenliği ile ağ ölçeklenebilirliği arasındaki bu sıfır toplamlı ödünleşimi ortadan kaldırmayı vaat ediyor. Kriptografi araştırmacısı Dragos Ilie’nin Imperial College London’dan bir ekiple birlikte öncülüğünü yaptığı Compact Shielded istemci tarafı doğrulama (CSV), kuantum sonrası kriptografiye geçişin fahiş gaz ücretlerini veya yavaş ağ performansını kabul etmeyi gerektirmediğini göstermektedir.

Aslında, sahipliğin nasıl kanıtlandığını yeniden tasarlayarak ve doğrulama işini doğrudan kullanıcıların cihazlarına aktararak, protokol günümüzün eski blok zincirlerinden bile çok daha hafif bir zincir içi ayak izi elde ediyor.

Kuantum ölçeklenebilirlik sorununun özünde geleneksel bir tasarım seçimi yatmaktadır: her tam düğümün kontrol etmesi için ağır dijital imzaların halka açık bir defterde depolanması. Compact Shielded CSV, zincir üzerindeki imzaları tamamen terk ederek bunların yerine “degriefer” adı verilen yeni bir kriptografik yapı kullanmaktadır.

Uygulamada, blok zincirine kaydedilen tek girişli bir işlem, toplamda sadece 96 bayt olan üç kısa 32 baytlık hash'ten oluşur: çift harcamayı önleyen bir nullifier, bir işlem taahhüdü ve degriefer'ın kendisi.

Ilie, “Degriefer, madalyonun nullifier’ı, sahibinin gizli anahtarı ve madalyonu harcayan işlemin bir hash’inden ibarettir,” diye açıkladı. “Bu küçük hash’i zincir üzerine ekleyerek, gönderen artık buna karşı zincir dışı bir sıfır bilgi kanıtı oluşturabilir.”

Öncüleri ve Griefing Saldırılarını Etkisiz Hale Getirme

Eşlik eden ZK kanıtını oluşturmak için sahibin gizli anahtarının özel bir girdi olarak kullanılması gerektiğinden, kötü niyetli aktarıcılar ve öncü saldırganlar matematiksel olarak çıkmaza girer. Ilie, “Bir saldırgan bir işlemi önleyebilir, ancak geçerli bir ZK kanıtı oluşturamaz; dolayısıyla bundan kesinlikle faydalanamaz,” dedi.

Ayrıca, bir saldırgan harcamayı geciktirmek için çelişkili bir işlem yayınlarsa, meşru sahibi bu girişimi zahmetsizce ortaya çıkarabilir. Ilie, “Kullanıcı, nullifier ile hashlenmiş gerçek gizli anahtarının saldırganın işlemiyle birleştirildiğinde saldırganın yayınladığı griefing kanıtını üretmediğini göstererek, frontrunning işleminin geçersiz bir griefing girişimi olduğunu ZK kanıtıyla ispatlayabilir,” diye vurguladı.

Bu nedenle, Compact Shielded CSV, dünyadaki her düğümü işlem geçmişinin her parçasını sonsuza kadar indirmeye, yürütmeye ve arşivlemeye zorlamak yerine, kanıt verilerini saklama ve doğrulama sorumluluğunu işlemin tarafındaki belirli kullanıcılara devrediyor.

Son kullanıcı bakış açısıyla, Compact Shielded CSV üzerinde bir cüzdanı kullanmak, hafif bir Bitcoin SPV istemcisini kullanmaya benzer. Ilie, "Sadece en az bir dürüst düğüme bağlanmak yeterlidir," dedi. Gelen bir ödemeyi onaylamak için cüzdan, kanıtın genel parametrelerini zincir üzerindeki verilerle karşılaştırır ve ZK kanıtını yerel olarak doğrular. "Örneğin, bir STARK ZK kanıtı için, bir telefonda bile [verification] 100 milisaniyeden az sürer," diye ekledi.

Giden ödeme kanıtı oluşturmak biraz daha fazla hesaplama gerektirir, ancak Ilie, kanıt devreleri olgunlaştıkça bunun hızlanacağını öngörüyor. En önemlisi, mimari sabit boyutlu özyinelemeli kanıtlara dayandığından, geçmiş işlem derinliği uç kullanıcıyı asla dezavantajlı duruma düşürmez. Kuantum sonrası kanıtların zincir dışında depolanmasına ilişkin endişeleri ele alan Ilie, şunları belirtti:

"Kanıtlar gerçekten de imzalardan daha büyük ve oluşturulması ile doğrulanması daha yavaş, ancak bu durum yalnızca tüm ağın bunları depolaması ve doğrulaması gerektiğinde bir yük oluşturur. Bu, istemci tarafında bir doğrulama protokolü olduğu için, her kullanıcı yalnızca kişisel olarak ilgilendiği coin'leri depolar, doğrular ve kanıtlar; bu da oldukça yönetilebilir bir durumdur."

Depolama ayak izini bir perspektife oturtmak için Ilie, "telefonunuzdaki bir fotoğrafın bir kanıttan 20–40 kat daha büyük olduğunu" belirterek, ödeme göndermenin "resim göndermekten daha az bant genişliği ve depolama alanı gerektirdiğini" ekledi.

Sıfır Durum Şişmesi

İşlem geçmişleri büyüdükçe, geleneksel uç cihazlar genellikle durum şişmesinden muzdarip olur. Ancak Compact Shielded CSV kapsamında, hafif istemciler kendi harcanmamış coin'leri için sabit boyutlu kanıtların ötesinde hiçbir işlem geçmişi depolamaz. Ilie, "Nullifier’ın çakışan bir harcama yapıp yapmadığını kontrol etmek gibi diğer her şey için, sistem sadece tam veya arşiv düğümlerine sorgu gönderir," diye belirtti ve "geçmişin büyümesi, kanıtların boyutunu veya doğrulama süresini hiç etkilemez," diye ekledi.

Kuantum direncinin yüksek ağ tıkanıklığına ve pahalı ücretlere yol açtığına dair yaygın inanışın aksine, Ilie, Compact Shielded CSV’nin günümüzün kuantum olmayan ağlarından önemli ölçüde daha verimli olduğunu savundu:

"Oldukça şaşırtıcı bir şekilde, sistemimiz daha ağır olmak yerine geleneksel zincirlerden bile çok daha hafif ve hızlıdır. Tamamen kuantum sonrası olmasının yanı sıra, mevcut duruma kıyasla da çok daha düşük işlem ücretlerine ve çok daha az ağ tıkanıklığına sahip olacağız."