Nhà phát triển bitcoin đề xuất "bẫy lượng tử" để ngăn chặn các cuộc tấn công lượng tử trong tương lai

Tác giả: Jose, Decrypt

Biên dịch: Chopper, Foresight News

Dẫn nhập của Shenchao: Trước mối đe dọa từ máy tính lượng tử trong tương lai đối với các địa chỉ công khai Bitcoin đã bị lộ, nhà phát triển Bitcoin Cory Fields đã đề xuất một giải pháp phòng thủ mang tính cách mạng gọi là “mìn lượng tử”. Thiết kế này không phụ thuộc vào hard fork kịch tính hay đóng băng tài sản một cách cứng nhắc, mà tái cấu trúc chi phí tấn công và phòng thủ trên chuỗi thông qua lý thuyết trò chơi, buộc hacker phải thế chấp đầy đủ khoản bảo đảm chống lượng tử trước khi thực hiện hành vi đánh cắp tiền.

Khi những người nắm giữ thật sự xuất trình bằng chứng sở hữu đã ẩn trước đó trong thời gian chờ, tài sản bị staking bởi hacker sẽ bị tịch thu hoàn toàn và trao cho nạn nhân. Đối với các đồng tiền ngủ đông do mất khóa riêng, cơ chế đấu giá trò chơi được giới thiệu để khiến kẻ tấn công rơi vào bẫy thua lỗ tất yếu tương tự "đấu giá đô la", khéo léo sử dụng hình phạt kinh tế để xóa bỏ động cơ phá vỡ về mặt kỹ thuật.

Nhà phát triển Bitcoin Cory Fields đã nghĩ ra một cách đặc biệt để đối phó với các tin tặc lượng tử trong tương lai: để đánh cắp bitcoin của người khác, tin tặc phải đặt cược bitcoin của chính mình trước đã.

Anh ấy đã đăng bài trên danh sách thư phát triển Bitcoin, đề xuất khái niệm "hầm lượng tử" và hai cơ chế đấu giá. Ý tưởng thiết kế này nhằm biến việc tấn công các ví có lỗ hổng thành một hành động có thể dẫn đến thua lỗ. Anh ấy đặc biệt nhấn mạnh rằng đây chỉ là một thí nghiệm tư duy, không phải một phương án nâng cấp Bitcoin đã được hoàn thiện.

Người dùng Bitcoin ký giao dịch bằng khóa riêng, khóa công khai tương ứng có thể được mạng sử dụng để xác minh chữ ký mà không làm lộ khóa riêng. Trên máy tính thông thường hiện nay, việc suy ngược khóa riêng từ khóa công khai là gần như không thể. Tuy nhiên, một máy tính lượng tử có hiệu năng đủ mạnh có thể sử dụng thuật toán Shor để tính ra khóa riêng, từ đó hacker có thể trực tiếp chuyển đi số tiền điện tử.

Một số địa chỉ Bitcoin sớm đã phơi bày khóa công khai trực tiếp trên chuỗi; một số địa chỉ mới cũng sẽ phơi bày khóa công khai khi người dùng thực hiện giao dịch đầu tiên. Do đó, không phải tất cả ví đều có mức độ rủi ro như nhau trước các cuộc tấn công lượng tử. Ngành công nghiệp gọi ngày mà máy tính lượng tử có thể phá vỡ mã hóa Bitcoin là Q-Day (Ngày lượng tử). Hiện tại chưa có thiết bị nào thực hiện được điều này, và cũng không ai biết nó sẽ xuất hiện vào thời điểm nào.

Giả sử bạn có 1 BTC trong ví, thuộc loại cũ và dễ bị phá vỡ bởi máy tính lượng tử. Trước khi Q-Day đến, bạn tạo trước một đầu ra Bitcoin chống lượng tử rất nhỏ, ẩn bên trong một bằng chứng: chứng minh rằng khi cuộc tấn công lượng tử vẫn chưa khả thi, đồng BTC này đã thuộc về bạn. Bạn có thể hiểu nó như một “chứng nhận sở hữu” đã được niêm phong. Người ngoài chỉ thấy được ghi chép nhỏ này, không thể nhìn thấy bằng chứng bên trong, thậm chí hoàn toàn không biết đây là một bẫy.

Khi tương lai đến, kẻ tấn công sử dụng máy tính lượng tử để tính ra khóa riêng cũ của bạn và muốn chuyển đi 1 BTC của bạn: theo quy tắc mới này, hắn không thể trực tiếp lấy đi đồng tiền đó, mà phải đặt cọc thêm 1 BTC từ ví chống lượng tử của chính mình làm bảo đảm.

1 BTC của bạn cộng với 1 BTC tiền ký quỹ của hacker sẽ được đóng gói và khóa lại, đưa vào giai đoạn chờ khiếu nại (ví dụ: 30 ngày). Trong thời gian này, hacker không thể tùy ý chuyển đi số tiền này. Nếu bạn phát hiện ai đó cố gắng đánh cắp tiền, bạn có thể xuất trình bằng chứng sở hữu đã chuẩn bị sẵn trước đó. Mạng lưới Bitcoin sẽ xác định: bạn có thể chuyển toàn bộ 2 BTC này đến địa chỉ chống lượng tử mà bạn đã chuẩn bị sẵn (bao gồm số BTC ban đầu thuộc về bạn và tiền ký quỹ của hacker).

Tên hacker hoàn toàn không biết trước ví cũ nào đã được đặt bẫy như vậy. Ngay cả khi anh ta tính toán thành công khóa riêng, cuối cùng có thể vẫn bị lỗ mất 1 BTC. Tuy nhiên, giải pháp này cũng có chi phí: nếu chủ sở hữu đồng tiền muốn chuyển đổi bình thường đồng tiền cũ của mình sau Q-Day, họ cũng cần nộp khoản ký quỹ tương đương. Nếu không có BTC dư, quy tắc vốn nhằm ngăn chặn hacker này lại khiến đồng tiền của chính bạn khó chuyển ra ngoài.

Hầm địa chấn lượng tử có một tiền đề: chủ sở hữu đồng tiền phải đặt bẫy trước, và trong thời gian khiếu nại, phải cung cấp bằng chứng. Nếu chìa khóa riêng đã bị mất từ lâu và chủ sở hữu không bao giờ có thể đăng nhập trở lại, thì giải pháp này không thể bảo vệ những đồng tiền đó, bao gồm nhiều đồng Bitcoin sớm mà mọi người thường cho là đã mất hoàn toàn.

Để giải quyết vấn đề này, Cory Fields đã đề xuất cơ chế thứ hai: đấu giá thế chấp. Trước ngày Q-Day, bất kỳ ai cũng có thể khóa một phần Bitcoin chống lượng tử và đưa ra mức đặt giá ẩn cho một ví cũ dễ bị nhắm mục tiêu. Ví dụ: một ví trông như đã bị chủ nhân bỏ quên chứa 50 BTC. Khi kẻ tấn công trong tương lai cố gắng chuyển đi số BTC này, họ sẽ phải đặt cọc 50 BTC làm bảo đảm. Trong cửa sổ đấu giá, những người đã đặt cọc trước đó có thể đứng ra thách thức hành vi trộm cắp này.

Theo kế hoạch của anh ấy: những người thách thức thành công sẽ nhận được một phần tiền ký quỹ của hacker; còn 50 bitcoin rủi ro ban đầu sẽ bị tiêu hủy trực tiếp và không được trao cho người thách thức. Mục đích của nó không phải giúp chủ nhân mất liên lạc lấy lại coin, mà là khiến hacker không thể ăn cắp coin một cách an toàn, từ đó xóa bỏ động lực tấn công.

Phương án thứ ba gọi là đấu giá thông minh, không cần khóa tiền trước. Chỉ cần có ai đó cố gắng chuyển các đồng tiền nguy hiểm, một cuộc đấu giá sẽ tự động được kích hoạt. Người đưa giá cao nhất sẽ nhận được các đồng tiền đó (trừ đi số tiền họ đã đặt), còn người đưa giá cao thứ hai sẽ mất trắng tiền, không nhận được gì cả. Điều này hơi giống trò chơi đấu giá đô la kinh điển: hai người liên tục nâng giá để giành một món đồ, và ai cũng không muốn bị lỗ trắng. Hacker sẽ cân nhắc kỹ, và thà không khởi động cuộc đấu giá này vì khả năng cao sẽ lỗ nhiều hơn.

Một ý tưởng được đề xuất để xử lý là thiết lập một ngày hết hạn di chuyển, sau khi hết hạn, tất cả các đồng tiền trong ví cũ sẽ bị cấm chuyển ra. Điều này thực sự có thể ngăn chặn việc bị đánh cắp, nhưng hệ quả phụ là những người dùng thực sự sở hữu coin nhưng quên chuyển hoặc không kịp thao tác sẽ bị khóa vĩnh viễn số coin của họ.

Cory Fields đi theo một hướng khác. Các đồng tiền cũ vẫn có thể được rút ra, nhưng mọi nỗ lực rút tiền đều phải trả chi phí và chịu sự thách thức từ người khác. Mạng lưới Bitcoin không thể phân biệt được ai thực sự là chủ sở hữu có thể đưa ra chữ ký hợp lệ, hay là hacker lượng tử.

Chi phí của sự đánh đổi này rất rõ ràng: những người sở hữu hợp pháp khi chuyển coin cũng phải chuẩn bị khoản ký quỹ lớn; những người sở hữu không trực tuyến trong thời gian dài sẽ bỏ lỡ cơ hội khiếu nại; thậm chí một số chủ sở hữu vẫn còn sống nhưng chỉ tạm thời không trực tuyến, coin của họ cũng có thể bị tiêu hủy trong phiên đấu giá.

Bitcoin đầu tiên cần một phương pháp an toàn trước máy tính lượng tử để nắm giữ và sử dụng vốn. Ví cần hỗ trợ cam kết sở hữu ẩn, và các quy tắc đồng thuận của Bitcoin phải buộc thực thi thế chấp, thời gian chờ, giao dịch phục hồi đặc biệt và cơ chế đấu giá.

Các nhà phát triển vẫn cần thống nhất về thời điểm các quy định mới có hiệu lực, số lượng tài sản thế chấp cần thiết, cũng như cách xử lý các khoản đặt thầu không thành công hoặc số dư còn lại. Fields cho rằng một số cơ chế có thể được giới thiệu thông qua soft fork, nhưng ông chưa cung cấp thiết kế chi tiết.

Hiện tại, trên mạng lưới Bitcoin, tất cả các cơ chế bảo vệ này đều không tồn tại. Fields cũng chưa đưa ra triển khai mã nguồn, lịch trình上线, phân bổ vốn từ cuộc đấu giá, hay mục tiêu cuối cùng trong bài viết gốc.