Postkwantowa ochrona bitcoina: QuFi sprawdziła zabezpieczenia Bitcoina bez zmian w blockchainie

Postkwantowa ochrona Bitcoina od QuFi Network pokazuje, jak cyfrowe aktywa można przygotować na przyszłe ryzyka kwantowe bez przepisania już działających sieci rozliczeniowych. Firma uruchomiła platformę weryfikacji postkwantowej i zademonstrowała jej działanie w Bitcoin Testnet4. Ogólną zasadą tej ochrony jest wcześniejsze zastąpienie lub uzupełnienie podatnych elementów kryptograficznych bardziej odpornymi schematami, nie łamiąc działania sieci i portfeli.

Sprawdzenie poza blockchainem

Główna idea QuFi Network polega na tym, aby nie zmuszać samego blockchaina do wykonywania całej ciężkiej pracy kryptograficznej. Platforma oddziela weryfikację operacji od jej ostatecznego wykonania: niezależne węzły wcześniej przeprowadzają weryfikację kryptograficzną, a następnie przekazują do sieci kompaktowy dowód.

Takie podejście powinno zmniejszyć obciążenie podstawowych sieci, jeśli będą musiały przejść na postkwantową kryptografię. Schematy postkwantowe często wymagają więcej danych, obliczeń i zasobów niż tradycyjne mechanizmy kryptografii z kluczem publicznym, dlatego bezpośrednie wbudowanie nowych podpisów w każdy blockchain może zwiększyć wymagania dotyczące przechowywania, przepustowości i przetwarzania transakcji. Oprócz obciążenia, migracja może napotkać problemy z kompatybilnością portfeli, giełd, mostów i węzłów: użytkownicy będą musieli aktualizować narzędzia, ostrożnie przenosić klucze i unikać błędów podczas przechodzenia na nowe formaty.

QuFi Network opiera się na standardach przygotowanych w ramach inicjatywy National Institute of Standards and Technology. NIST w tej dziedzinie pełni rolę koordynatora standaryzacji: zbiera kandydatów, otwiera ich na publiczną kryptanalizę, porównuje odporność i praktyczność, a następnie zatwierdza wybrane algorytmy jako standardy.

Jeśli rozłożyć używane przez QuFi Network schematy według ról, otrzymujemy taki obraz:

• ML-DSA-65 --- kryptografia kratowa; podpis cyfrowy; standaryzacja NIST.
• SLH-DSA --- podpisy haszujące; dodatkowy schemat podpisu cyfrowego; standaryzacja NIST.
• ML-KEM-1024 --- kryptografia kratowa; bezpieczna wymiana kluczy; standaryzacja NIST.
• Kyber --- punkt odniesienia dla postkwantowej wymiany kluczy w tej samej dziedzinie.

Wśród znanych rodzin algorytmów postkwantowych często wymienia się również Dilithium, Falcon i SPHINCS+. Dilithium i Falcon należą do podpisów kratowych: ich odporność opiera się na zadaniach, które są uważane za trudne dla ataków kwantowych. SPHINCS+ wykorzystuje podpisy haszujące i nie opiera się na kratkach, ale zazwyczaj wymaga cięższych podpisów i starannej konfiguracji.

Jak QuFi Network przetestowała system na Bitcoinie

Aby zademonstrować, zespół stworzył uBTC --- proof-of-concept, który sprawdza obecność BTC jako zabezpieczenia i formuje dowody kryptograficzne do późniejszego przeniesienia wartości. Pełny cykl uBTC obejmuje emisję, spalanie i wykup.

Wszystko to działa w Bitcoin Testnet4. Przy wykupie środki są ostatecznie wysyłane zwykłą transakcją Bitcoin, którą można niezależnie zweryfikować w sieci. Protokół pierwszej kryptowaluty nie został przy tym zmieniony.

To tutaj przebiega kluczowa granica między podejściem QuFi Network a próbami bezpośredniego wbudowania algorytmu postkwantowego w blockchain. Niektóre podpisy postkwantowe są znacznie większe od tradycyjnych, co oznacza, że mogą zwiększać wymagania dotyczące przechowywania, kanałów komunikacyjnych i przetwarzania operacji na węzłach. Wśród innych podejść do ochrony Bitcoina zwykle rozważa się aktualizację zasad podpisu na poziomie protokołu, hybrydowe schematy z klasyczną i postkwantową kryptografią, dodatkowe warstwy weryfikacji oraz bardziej ostrożne zarządzanie kluczami w portfelach.

Dlaczego zagrożenie kwantowe jest ważne dla rynku kryptowalut

Postkwantowa kryptografia to zestaw algorytmów, które powinny pozostać odporne nawet na ataki z wykorzystaniem potężnych komputerów kwantowych. Jest to ważne, ponieważ część klasycznych schematów ochrony opiera się na problemach matematycznych, które algorytmy kwantowe teoretycznie mogą rozwiązywać znacznie szybciej niż zwykłe komputery.

Mowa o scenariuszu, który w branży nazywa się zagrożeniem kwantowym. Obliczenia kwantowe zmieniają model ryzyka dla bezpieczeństwa komputerowego: wystarczająco potężny komputer z odpornymi fizycznymi i logicznymi kubitami teoretycznie może zaatakować szereg klasycznych schematów, w tym RSA poprzez faktoryzację liczb całkowitych oraz kryptografię opartą na krzywych eliptycznych poprzez logarytm dyskretny. W tym kontekście często wspomina się algorytm Shora, kubity, kryptanalizę i logarytmy.

Praktycznym zagrożeniem dla starych schematów takie komputery staną się nie tylko po wzroście liczby kubitów, ale kiedy pojawią się stabilne logiczne kubity, działająca korekcja błędów, dostępne moce obliczeniowe i efektywna realizacja algorytmów ataku. Dlatego terminy zazwyczaj opisuje się jako długoterminowe i zależne od postępu w sprzęcie, inżynierii i kryptanalizie, ale przygotowania zaczynają się z wyprzedzeniem: wymiana kryptografii w portfelach, protokołach i infrastrukturze finansowej zajmuje dużo czasu.

Dla kryptowalut krytyczne są od razu kilka poziomów ochrony:

• Podpisy.
• Zarządzanie kluczami.
• Uwierzytelnianie.
• Prywatność.
• Ochrona portfeli kryptowalutowych.
• Certyfikaty kluczy publicznych.
• Protokoły komunikacyjne.
• Protokoły kryptograficzne.
• Wymiana kluczy.
• Wymiana kluczy Diffiego-Hellmana.

Wrażliwość na którymkolwiek z tych poziomów może dotknąć portfeli, kanałów komunikacyjnych i protokołów kryptograficznych. Oddzielne ryzyko znane jest jako Harvest now, decrypt later: złośliwy użytkownik z góry zbiera zaszyfrowane dane, aby odszyfrować je później, gdy pojawi się odpowiedni sprzęt. Ochrona przed takim scenariuszem opiera się na przejściu do postkwantowych lub hybrydowych schematów szyfrowania, regularnym aktualizowaniu protokołów, skracaniu czasu życia wrażliwych danych i starannej rotacji kluczy.

Przejście do postkwantowej kryptografii ważne jest, aby rozpocząć z wyprzedzeniem: aktywa cyfrowe powinny pozostać chronione nie tylko dzisiaj, ale także wtedy, gdy ataki kwantowe staną się praktycznym ryzykiem.

Na tym tle szyfrowanie pozostaje wielowarstwowym zadaniem. Symetryczne metody, takie jak Advanced Encryption Standard i symetryczne algorytmy, uważane są za oddzielną klasę ochrony, a kryptograficzne funkcje haszujące pomagają budować dowody i schematy weryfikacji. W infrastrukturze mogą być również stosowane moduły bezpieczeństwa sprzętowego i dowody zerowego ujawnienia, ale QuFi Network kładzie nacisk na oddzielną warstwę postkwantowej weryfikacji dla różnych sieci.

Na razie to środowisko testowe, a nie ochrona głównej sieci

Mówienie o pełnoprawnej postkwantowej ochronie Bitcoin jest na razie przedwczesne: test odbył się w sieci testowej, a nie w głównej sieci. QuFi Network planuje rozszerzyć rozwiązanie na sieci EVM, Stellar i Solana.

Użytkownicy Bitcoin nie muszą teraz samodzielnie zmieniać protokołu ani przenosić środków do eksperymentalnych schematów. Praktyczne kroki są prostsze: śledzić aktualizacje portfela, bezpiecznie przechowywać frazy seed i klucze, nie ujawniać kluczy publicznych bez potrzeby, w miarę możliwości nie trzymać dużych kwot długo na adresach, z których już wysyłano transakcje, i przygotować się do migracji, gdy sprawdzone rozwiązania pojawią się w głównych portfelach.

Firma uruchomiła również program Genesis Node dla operatorów, którzy będą wspierać zdecentralizowaną sieć weryfikacji. W przyszłości QuFi Network planuje wykorzystać jednolitą warstwę weryfikacyjną dla kilku blockchainów i systemów finansowych.

W sierpniu StarkWare już przeprowadziła w głównej sieci Bitcoin pierwszą transakcję, odporną na atak z zastosowaniem komputera kwantowego. W szerszych badaniach wokół tej tematyki uczestniczą różni uczestnicy rynku i środowiska technologicznego, w tym Google, Ethereum Foundation i Coinbase. Dla innych sieci przygotowania zazwyczaj zaczynają się od testnetów, weryfikacji nowych podpisów, hybrydowych schematów i aktualizacji portfeli, ponieważ odporność na ryzyko kwantowe stopniowo staje się częścią długoterminowej agendy dla kryptowalut i infrastruktury aktywów cyfrowych.