Fidelity cảnh báo các khóa riêng tư của Bitcoin có thể đối mặt với rủi ro lượng tử trong tương lai

Fidelity phân tích lỗ hổng lượng tử của Bitcoin

Theo phân tích của Fidelity Digital Assets được công bố vào ngày 1 tháng 9, các biện pháp bảo vệ khóa riêng của Bitcoin có thể cuối cùng sẽ cần phải được thay thế hoặc bổ sung. Hiện tại, máy tính lượng tử có liên quan đến mật mã (CRQC) vẫn chưa tồn tại, nhưng các hệ thống có khả năng đủ mạnh có thể làm suy yếu các giả định toán học bảo đảm việc ủy quyền giao dịch và gây rủi ro cho các khoản tiền.

Fidelity Digital Assets Research đã xác định thông lượng giao dịch là một hạn chế chính đối với bất kỳ nâng cấp bảo mật Bitcoin nào trong tương lai:

"Việc giảm thiểu kích thước khóa để duy trì thông lượng giao dịch của Bitcoin vẫn là mối quan tâm chính, mặc dù tác động có thể không quá rõ rệt khi xem xét tình trạng mempool gần như trống rỗng hiện nay."

Khóa riêng cho phép chủ sở hữu bitcoin ủy quyền giao dịch mà không cần thông qua trung gian. Ví sử dụng khóa riêng để tạo ra chữ ký số chứng minh quyền kiểm soát mà không tiết lộ khóa bí mật. Mối quan hệ giữa khóa riêng, khóa công khai và chữ ký giao dịch này tạo nên nền tảng cho quyền sở hữu và tự quản lý Bitcoin.

Các chữ ký hiện tại của Bitcoin đang đối mặt với mối đe dọa trong tương lai

Hầu hết các giao dịch Bitcoin tiêu chuẩn đều sử dụng Thuật toán Chữ ký Số trên Đường cong Elip (ECDS) hoặc chữ ký Schnorr. Chữ ký Schnorr được triển khai thông qua Taproot, với Đề xuất Cải tiến Bitcoin 340 (BIP 340) quy định về chữ ký Schnorr và BIP 341 thiết lập các quy tắc chi tiêu của Taproot. BIP 341 được phê duyệt vào tháng 1 năm 2020 trước khi bản nâng cấp được kích hoạt vào năm 2021. Cả hai phương án này đều dựa trên độ khó của việc giải quyết bài toán logarit rời rạc trên đường cong elip bằng máy tính cổ điển.

Một máy tính lượng tử đủ mạnh chạy thuật toán Shor có thể giải quyết vấn đề đó và suy ra khóa riêng từ các khóa công khai tương ứng. Các nghiên cứu đã giảm bớt một số ước tính về tài nguyên cần thiết để tấn công mật mã đường cong elip, khiến cuộc tranh luận về an ninh lượng tử của Bitcoin trở nên thu hút sự chú ý hơn, mặc dù các hệ thống lượng tử hiện tại vẫn còn rất xa so với khả năng có ý nghĩa về mặt mật mã.

SHRINCS kết hợp hiệu quả với lộ trình phục hồi

Các nhà nghiên cứu đang đánh giá các hệ thống chữ ký chống lượng tử dựa trên hàm băm thay vì mật mã đường cong elip. Bản dự thảo thông số kỹ thuật SHRINCS kết hợp một lộ trình chữ ký có trạng thái nhỏ gọn với một lộ trình dự phòng không có trạng thái lớn hơn. Thiết kế hiện tại của nó quy định khóa công khai 48 byte, chữ ký có trạng thái dao động từ 548 đến 4.619 byte và chữ ký không có trạng thái 5.777 byte.

Lộ trình có trạng thái yêu cầu các thiết bị ký phải theo dõi những khóa ký một lần nào đã được sử dụng. Trạng thái bị mất hoặc hỏng sẽ ngăn ví tiếp tục an toàn theo lộ trình đó, trong khi lộ trình dự phòng của SHRINCS dựa trên các thuật toán từ tiêu chuẩn SLH-DSA của Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) được công bố vào ngày 13 tháng 8 năm 2024. Giải pháp thay thế không trạng thái vẫn duy trì quyền truy cập nhưng tiêu tốn nhiều không gian khối hơn đáng kể.

Fidelity Digital Assets Research đã mô tả cách một bản nâng cấp Bitcoin chống lượng tử trong tương lai có thể đáp ứng các yêu cầu bảo mật khác nhau:

"SHRINCS đại diện cho một hướng đi tiềm năng với tư cách là một BIP mới được chính thức hóa gần đây. Tuy nhiên, những hạn chế kỹ thuật của Bitcoin và sự kém hiệu quả liên quan đến các chữ ký chống lượng tử có kích thước lớn hơn cho thấy rằng giải pháp trong tương lai có thể sẽ tương tự như trạng thái hiện tại của Bitcoin."

Các chữ ký lớn hơn sẽ làm giảm dung lượng của Bitcoin

Các chữ ký hiện tại của Bitcoin vẫn nhỏ hơn nhiều so với các giải pháp thay thế chống lượng tử hàng đầu, tạo ra sự đánh đổi trực tiếp giữa bảo mật trong tương lai và dung lượng mạng. Các chữ ký lớn hơn sẽ tiêu tốn nhiều không gian khối hơn, làm tăng chi phí giao dịch trong các giai đoạn tắc nghẽn và hạn chế số lượng giao dịch mà thợ đào có thể xác nhận. Các đánh giá khác cho thấy một số hệ thống chữ ký an toàn trước lượng tử có thể làm tăng dữ liệu giao dịch một cách đáng kể.

Việc triển khai SHRINCS hoặc một hệ thống chống lượng tử khác sẽ yêu cầu các quy tắc đồng thuận mới, có thể thông qua một soft fork tương thích ngược. Các nhà cung cấp ví, thợ đào, nhà điều hành nút, sàn giao dịch và đơn vị lưu ký cũng sẽ cần hỗ trợ quá trình chuyển đổi này. Vào tháng 7, Fidelity đã cùng với tám công ty tài chính và tiền điện tử khác góp vốn vào một sáng kiến bảo mật Bitcoin trị giá 15 triệu USD, bao gồm nghiên cứu về khả năng chống lượng tử.