Ethereum đề xuất bảo mật sau lượng tử cho 104 tỷ USD ETH đã stakes

Các nhà phát triển ethereum đã thực hiện bước đầu tiên nhằm bảo vệ mạng lưới khỏi tác động tiềm tàng của máy tính lượng tử bằng cách đề xuất thiết kế lại hợp đồng nạp người xác thực của blockchain. Những thay đổi dự kiến có thể cuối cùng cho phép ethereum áp dụng các hệ thống mật mã được thiết kế để chống lại các cuộc tấn công lượng tử, giúp bảo vệ khoảng 104 tỷ USD giá trị ether đã stakes.

Dự án đã được gửi vào kho lưu trữ Đề xuất Cải tiến Ethereum vào thứ Hai dưới danh mục tạm thời EIP-8394. Nó sẽ thay thế cấu trúc mã hóa cố định của hợp đồng nạp bằng một khung linh hoạt hơn có thể hỗ trợ các kích thước khóa khác nhau và lưu trữ thông tin xác định sơ đồ mã hóa được sử dụng cho mỗi khoản nạp của người xác thực.

Hiện có khoảng 42,4 triệu ETH bị khóa trong hệ thống staking của Ethereum, với các validator phụ thuộc vào chữ ký BLS dựa trên mật mã đường cong elliptic.

Hệ thống cực kỳ hiệu quả vì nó cho phép kết hợp nhiều chữ ký của người xác thực thành một chữ ký nén duy nhất, giảm lượng dữ liệu cần thiết để duy trì cơ chế đồng thuận của ethereum.

Tuy nhiên, hiệu quả đó có thể trở thành điểm yếu nếu máy tính lượng tử đạt đến mức sức mạnh tính toán đủ để chạy thuật toán Shor. Một thiết bị như vậy có thể phá vỡ các giả định toán học đằng sau mật mã đường cong elliptic và cho phép kẻ tấn công tạo giả mạo thông tin xác thực của người xác thực.

Hợp đồng nạp hiện tại của ethereum đặt giới hạn cố định đối với dữ liệu mã hóa, cho phép các khóa công khai 48 byte và siêu dữ liệu chữ ký 96 byte. Các tham số này được thiết kế dựa trên BLS và để lại rất ít không gian cho các sơ đồ mã hóa sau lượng tử lớn hơn đáng kể.

Dưới thiết kế lại được đề xuất, hợp đồng sẽ hỗ trợ khóa hoặc thông tin xác thực lên đến 8.192 byte. Mỗi lần nạp cũng sẽ chỉ định sơ đồ mật mã mà nó sử dụng, cho phép ethereum giới thiệu các tiêu chuẩn bổ sung theo thời gian.

BLS ban đầu sẽ được xác định là sơ đồ số không, trong khi các đề xuất cải tiến Ethereum trong tương lai có thể thiết lập thêm các tùy chọn mã hóa.

Hợp đồng được đề xuất sẽ có ba giai đoạn hoạt động: bị vô hiệu, đã kích hoạt BLS và BLS đã ngừng hoạt động.

Giai đoạn cuối sẽ ngăn vĩnh viễn các validator mới tham gia mạng lưới bằng chứng chỉ BLS. Tuy nhiên, các validator hiện có sẽ không bị ảnh hưởng ngay lập tức bởi sự chuyển đổi.

Dự án cũng sẽ loại bỏ cơ chế xử lý nạp đã được sử dụng kể từ khi ethereum giới thiệu staking vào năm 2022. Thay vào đó, chức năng này sẽ được chuyển sang khung mới hơn, hiện đang chịu trách nhiệm cho các khoản rút validator và các cập nhật liên quan đến validator khác.

Việc kích hoạt hợp đồng được thiết kế lại sẽ yêu cầu một phân nhánh được phối hợp, bao gồm cả lớp thực thi và lớp đồng thuận của ethereum. Các địa chỉ hợp đồng cuối cùng và lịch triển khai vẫn chưa được xác định.

Thomas Coratger, một trong ba tác giả của đề xuất, cho biết trên X rằng Ethereum và bitcoin đều đang hướng tới các chữ ký dựa trên hàm băm như một giải pháp tiềm năng cho thời kỳ sau lượng tử.

Một số sơ đồ dựa trên hàm băm không trạng thái được tiêu chuẩn hóa bởi Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia có thể yêu cầu khoảng 8KB cho mỗi chữ ký, tương đương với dung lượng đề xuất là 8.192 byte.

Các giải pháp có trạng thái gọn hơn, trong khi đó, dựa vào các bộ đếm gây ra những rủi ro bảo mật riêng. Việc tái sử dụng khóa ký có trạng thái chỉ một lần cũng có thể làm compromit khóa riêng tương ứng.

Như Coratger đã lưu ý, việc chuyển đổi sang mật mã sau lượng tử do đó không đơn giản chỉ là thay thế một thuật toán bằng một thuật toán khác.

Đề xuất này được đưa ra giữa những cảnh báo ngày càng gia tăng về tác động tiềm tàng của máy tính lượng tử lên các mạng blockchain.

Nghiên cứu do Google Quantum AI công bố vào tháng Ba đã xác định năm đường tấn công lượng tử tiềm năng nhắm vào ethereum. Nghiên cứu ước tính hơn 100 tỷ USD tài sản trên các ví, hệ thống staking, hợp đồng thông minh và mạng lớp-2 có thể cuối cùng bị phơi bày trước các cuộc tấn công lượng tử.

Đồng thời, công ty bảo mật lượng tử Project Eleven ước tính vào tháng Năm rằng xác suất phát triển một máy tính có khả năng phá vỡ chữ ký đường cong elliptic có thể vượt quá 50% vào năm 2033, đồng thời xác định năm 2030 là một kịch bản sớm có thể xảy ra.

Công ty cũng ước tính rằng hơn 65% tất cả ETH được giữ tại các địa chỉ mà khóa công khai của chúng đã có sẵn trên blockchain, có thể làm tăng mức độ phơi nhiễm nếu máy tính lượng tử trở nên có khả năng khai thác các tiêu chuẩn mật mã hiện tại.

Đề xuất nạp validator chỉ đại diện cho một phần trong chiến lược sau lượng tử rộng hơn của ethereum.

Một đề xuất riêng biệt, EIP-8141, đang được xem xét để đưa vào bản nâng cấp Hegotá dự kiến ra mắt vào cuối năm nay. Đề xuất này sẽ cho phép các tài khoản ethereum tiêu chuẩn chuyển sang các sơ đồ mã hóa khác nhau mà không cần người dùng chuyển tài sản sang địa chỉ ví mới.

Cùng nhau, hai đề xuất này sẽ giải quyết cả hai khía cạnh của hệ sinh thái Ethereum: các validator chịu trách nhiệm bảo mật mạng lưới và người dùng thông thường đang nắm giữ tài sản trên đó.

Quỹ Ethereum đã đặt mục tiêu khoảng năm 2029 để hoàn thành các thay đổi giao thức cốt lõi cần thiết nhằm giải quyết các rủi ro từ máy tính lượng tử.

Cách tiếp cận của ethereum cho thấy mạng lưới đang coi máy tính lượng tử là một rủi ro cơ sở hạ tầng dài hạn, thay vì chờ đến khi công nghệ này trở nên mạnh đủ để đe dọa hệ thống mật mã hiện tại. Hợp đồng nạp được đề xuất đặc biệt quan trọng vì việc thay thế một hệ thống mật mã cốt lõi sau khi cuộc tấn công trở nên khả thi về mặt kỹ thuật có thể gây rối loạn nghiêm trọng hơn nhiều so với việc chuẩn bị cơ sở hạ tầng từ trước.

Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi sẽ không hề đơn giản. Các chữ ký sau lượng tử thường yêu cầu nhiều dữ liệu hơn và có thể gây ra những trade-off vận hành mới, trong khi ethereum phải phối hợp các thay đổi giữa các validator, người dùng, ứng dụng và cả hai lớp giao thức của nó.

Vấn đề then chốt, do đó, không phải là liệu ethereum có thể cuối cùng áp dụng mật mã chống lại máy tính lượng tử hay không, mà là liệu nó có thể hoàn thành quá trình chuyển đổi đủ sớm mà không làm tổn hại đến hiệu suất và tính phi tập trung đang nền tảng cho mạng lưới ngày nay. Nếu máy tính lượng tử phát triển nhanh hơn dự kiến, khả năng của ethereum trong việc di chuyển dần dần thay vì phản ứng dưới áp lực có thể trở thành một trong những bài kiểm tra quan trọng nhất về độ bền lâu dài của nó.