Kadens Kuantum Monad berbanding Ethereum: Jalan Berbeza dalam Konsensus Pasca-Kuantum

Penulis: r2Jamong (Penyelidik Four Pillars)

Diterjemahkan oleh Deep潮 TechFlow

Pengenalan Shenchao: Seiring dengan perkembangan pesat perangkat keras komputasi kuantum dan pelaksanaan bertahap standard kriptografi pasca-kuantum dari Institut Standard dan Teknologi Nasional Amerika (NIST), pertahanan rantai blok terhadap serangan kuantum telah berubah dari anggapan akademik menjadi perjuangan dasar yang mendesak untuk kelangsungan hidup. Namun, bayangan kebanyakan orang bahawa "menggantikan tanda tangan semasa dengan algoritma anti-kuantum secara langsung" mengalami tabrakan fisikal yang menghancurkan apabila dihadapkan dengan throughput konsensus berprestasi tinggi.

Penyelidik Four Pillars, r2Jamong, dalam laporan teknikal mendalam ini, membandingkan dan menganalisis secara sistematik perbezaan mendasar antara protokol konsensus pasca-kuantum terkini Monad, Quantum Cadence, dan jalan evolusi anti-kuantum Ethereum. Ethereum, dengan 860,000 nod pengesahan aktif, terbatas oleh overhead komunikasi dalam rangkaian yang sangat teragih, dan hanya boleh bergantung pada tanda tangan leanXMSS serta pengesahan SNARK yang memakan masa untuk pemampatan dalam slot panjang 12 saat, dengan teguh mempertahankan garis dasar desentralisasi; manakala Monad, untuk mengekalkan slot limit 100 milisaat, tidak mampu menanggung latensi pengiraan agregasi SNARK, dan dengan tegas memilih untuk mengeluarkan pakej tanda tangan berat sepenuhnya daripada laluan kritikal konsensus.

Dengan menggantikan saluran autentikasi dua arah ringan, pengesahan titik-ke-titik berdasarkan hash, dan membatasi tanda tangan anti-kuantum yang besar hanya pada fasa hukuman selepas kejadian (Slashing), Monad tidak hanya mencapai kepastian hampir segera 231 milisaat dalam rangkaian berpemprosesan tinggi 200 nod, tetapi juga mengurangkan penggunaan bandwidth hulu rangkaian sebanyak 27%. Artikel ini mengungkapkan satu pemahaman utama kepada industri: keselamatan rantai awam di era pasca-kuantum bukanlah piawaian siap pakai yang seragam, tetapi merupakan masalah rekabentuk sistem yang mesti dipecahkan secara berasingan oleh setiap rantai awam melalui penyeimbangan struktur masing-masing.

Pada 27 Oktober, pasukan pembangun Monad, Category Labs, secara rasmi mengumumkan protokol konsensus pasca-kuantum Quantum Cadence. Quantum Cadence adalah peningkatan抗量子 kepada Cadence, yang merupakan protokol konsensus multi-proposer yang dilancarkan oleh Monad pada Julai tahun ini.

Sekarang, Cadence sendiri belum secara rasmi dilancarkan di rangkaian utama. Oleh itu, Quantum Cadence harus difahami sebagai persembahan proaktif daripada Monad, rangkaian Layer 1 berprestasi tinggi, sebagai simpanan teknologi strategik untuk era pasca-kuantum.

Quantum Cadence Monad bergerak ke arah teknikal yang berbeza sepenuhnya daripada reka bentuk pasca-kuantum Ethereum. Ethereum berusaha untuk mengubah pakej tanda tangan yang rentan terhadap serangan kuantum menjadi bentuk baru yang tahan kuantum; manakala Monad, untuk mencapai ketahanan kuantum, secara langsung membuang sepenuhnya pakej tanda tangan.

Keduanya adalah rangkaian blockchain dan kedua-duanya menjalankan persekitaran pelaksanaan yang sama, iaitu EVM. Jadi, mengapa keduanya mengalami perbezaan besar dalam lintasan teknologi mereka untuk menghadapi era pasca-kuantum?

Rajah: Arsitektur konsensus Cadence quantum-resistant Monad berbanding pertukaran sijil tradisional

Mechanisme konsensus sebahagian besar blokchain berprestasi tinggi semasa ini sangat bergantung kepada sijil kuorum (Quorum Certificates, disingkat QC). QC pada dasarnya adalah sekumpulan tanda tangan yang telah digabungkan, digunakan untuk membuktikan bahawa sekurang-kurangnya dua pertiga daripada penverifikasi memberikan suara setuju terhadap blok yang sama, di mana penverifikasi saling menghantar sijil-sijil ini melalui siaran timbal balik.

Tandatangan BLS membuat proses ini menjadi sangat murah, kerana ratusan hingga ribuan tandatangan boleh dikompresi dan digabungkan tanpa kehilangan data menjadi satu tandatangan mikro sebanyak 96 bait. Namun, masalah mematikan ialah komputer kuantum mampu dengan mudah memecahkan algoritma tandatangan BLS.

Ukuran tanda tangan selamat yang mampu menahan serangan komputer kuantum biasanya sangat besar, dan ia secara intrinsik sukar untuk diagregasikan secara efektif.

Sebagai contoh, algoritma ML-DSA-44 yang distandardkan oleh National Institute of Standards and Technology (NIST) AS, menghasilkan satu tanda tangan yang berukuran hingga 2420 bait. Hingga kini, tiada tanda tangan pasca-kuantum mana pun yang mampu mencapai kepadatan dan kelajuan pengumpulan seperti tanda tangan BLS.

Tanpa mekanisme pengumpulan yang cekap, sijil konsensus akan cepat berkembang menjadi senarai berat yang mengandungi ratusan tanda tangan berukuran besar. Matlamat konsensus Cadence Monad adalah untuk mencapai jangka masa slot yang sangat singkat, iaitu 100 milisaat, dan membenarkan beberapa pencadang blok menghantar blok secara serentak pada masa yang sama. Ia sama sekali tidak mampu menanggung beban rangkaian yang disebabkan oleh setiap pengesah yang menyebarkan sijil sebesar itu ke seluruh rangkaian pada setiap slot.

Oleh itu, Monad tidak menunggu secara pasif kehadiran algoritma penggabungan pasca-kuantum yang lebih ringan, tetapi memilih untuk mengeluarkan sepenuhnya pakej tanda tangan yang berat daripada proses utama konsensus.

Dalam mekanisme baharu, setiap penverifikasi akan mengira dan mengesahkan secara kendiri di tempat setelah menerima undi, serta memastikan bahawa kuorum telah dicapai. Keselamatan (Safety) dan ketersediaan (Liveness) rangkaian dibina atas saluran komunikasi selamat yang disahkan dan pengesahan hash, bukan bergantung kepada bukti tanda tangan bersarang.

Tandatangan pasca-kuantum yang besar telah dipermudah dan disimpan hanya untuk mengenal pasti dan menghukum penverifikasi jahat selepas kejadian. Dalam keadaan biasa, setiap penverifikasi hanya perlu menandatangani paling banyak dua undian setiap slot.

Dalam kertas teknikal yang dikeluarkan pada 23 Oktober, pasukan penyelidik melakukan simulasi mendalam dengan andaian ketat: sambungan rangkaian 1Gbps, 200 penverifikasi, laluan operasi tanpa ralat, dan tanda tangan tunggal sebanyak 5000 bait.

Dalam skenario ekstrem dengan 100 pencadang yang menghasilkan blok secara serentak, penggunaan bandwidth muat naik setiap pengesah menurun sebanyak 27% secara mengejutkan, dari 772 Mbps turun menjadi 561 Mbps, berbanding protokol Cadence asal. Sementara itu, masa untuk transaksi mencapai pengesahan akhir ialah 231 milisaat, hampir sama dengan 229 milisaat versi asal.

Rajah: Gambaran keseluruhan kompromi prestasi antara pengumpulan tanda tangan SNARK Ethereum dan saluran hash autentikasi Monad

Pada awal Oktober, rangkaian Ethereum mempunyai sekitar 860,000 pengesah bebas yang aktif. Membenarkan sesiapa sahaja untuk menyertai tanpa sekatan membuatkan pengiraan undi secara langsung antara peserta yang begitu besar dan tersebar secara sangat terdesentralisasi menjadi tidak realistik.

Oleh itu, Ethereum tidak ada pilihan selain menyusun semula pakej tanda tangannya. Ia merancang untuk menggantikan tanda tangan BLS yang rentan dengan skema tanda tangan berdasarkan hash leanXMSS, serta mengompresi jumlah tanda tangan yang tidak boleh digabungkan secara langsung ini melalui bukti zero-knowledge SNARK.

Menghasilkan bukti tanpa pengetahuan memerlukan masa yang signifikan, tetapi masa slot Ethereum yang relatif panjang (sekarang 12 saat) memberikan ruang bantuan yang mencukupi untuk menyerap beban pengiraan ini.

Permintaan teknikal Monad pula bertentangan sepenuhnya. Cadence menargetkan jangka masa slot maksimum 100 milisaat, yang bermakna ia tidak mempunyai masa lapang untuk menunggu penggabungan bukti SNARK yang panjang.

Di sisi lain, skala nod pengesah Monad yang relatif ringkas sebanyak 200 membuatkan setiap pengesah mengira dan mengesahkan suara semua pihak secara tempatan menjadi sepenuhnya praktikal.

Dalam menghadapi cabaran kuantum yang besar, Ethereum memilih reka bentuk arsitektur yang sepenuhnya melindungi ciri pemerincian ekstremnya, manakala Monad memilih jalan teknologi yang berjanji untuk mempertahankan throughput dan kelajuan respons maksimum.

Walaupun NIST telah memstandardisasi algoritma tanda tangan canggih yang mampu menahan serangan komputer kuantum, standard industri yang biasa digunakan ini tidak boleh digunakan secara langsung dan lancar ke dalam mana-mana rangkaian yang berada dalam konteks kerja yang berbeza.

Di bidang konsensus blockchain, hanya menukar algoritma tanda tangan pasca-kuantum tidak akan menyelesaikan semua cabaran kejuruteraan. Setiap rangkaian mesti merancang awal untuk mengatasi bottleneck prestasi dan topologi uniknya sendiri, bukan menunggu secara pasif penyelesaian luar yang sudah sedia ada.

Bagi Monad, kunci untuk mencapai ketahanan kuantum bukan sekadar memilih algoritma tanda tangan tertentu, tetapi memerlukan reka bentuk semula besar-besaran pada struktur mekanisme konsensus bawahannya yang bergantung pada pertukaran sijil.

Rangkaian blockchain lain juga menghadapi pilihan akhir ini. Rantaian yang kompatibel dengan EVM mungkin dapat memanfaatkan penemuan Ethereum dalam pengalihan tanda tangan akaun biasa, terutama dalam bidang abstraksi akaun dan tanda tangan anti-kuantum; namun, dari segi arsitektur konsensus dasar, ini adalah isu eksklusif setiap rantai publik sendiri, dan tiada siapa pun yang boleh menggantikan mereka untuk menyelesaikannya.

Komputer kuantum yang kuat dan mencukupi untuk benar-benar mengancam keselamatan blockchain utama belum wujud, dan ramalan umum industri menempatkan kehadirannya pada awal hingga pertengahan 2030-an. Walaupun begitu, jendela masa teknologi yang diberikan kepada pasukan blockchain awam tidaklah longgar.

Walaupun begitu, Ethereum sendiri dijangka peralihan抗量子 ke atas Layer 1nya akan berterusan sehingga sekurang-kurangnya tahun 2029; sementara mekanisme konsensus baharu, dari eksplorasi di hadapan akademik hingga pelaksanaan akhir di persekitaran utama, sering memerlukan bertahun-tahun penyelidikan yang ketat dan ujian praktikal.

Inilah sebabnya pasukan Monad begitu tergesa-gesa untuk melancarkan versi anti-kuantumnya sebelum protokol Cadence secara rasmi dilancarkan ke rangkaian utama.

Pertahanan terhadap kriptografi pasca-kuantum tidak akan secara alami berakhir hanya kerana sebuah institusi menetapkan satu piawaian universal. Ia adalah soalan wajib yang kompleks yang mesti dipecahkan secara bebas oleh setiap rangkaian blockchain melalui kompromi unik dalam arsitektur sistem mereka sendiri.