Треть биткойнов сталкивается с квантовыми рисками, откуда они приходят?

Автор|Рафаэль Шультце-Крафт

Составил|Чоппер, Foresight News

Недавние исследования в отрасли сосредоточены на новой форме угрозы безопасности биткойна: какие биткойны в текущем состоянии хранения подвержены квантовым рискам? Основным критерием оценки является то, была ли публично раскрыта открытая ключевая пара для вывода токенов. По статистике, в сети уже существует 6,04 миллиона биткойнов, подверженных квантовым рискам, что составляет 30,2% от общего объема выпуска; оставшиеся 13,99 миллиона биткойнов (69,8%) находятся в стадии хранения, и их открытые ключи не были раскрыты, поэтому риски отсутствуют. Эти данные в основном совпадают с выводами некоторых недавних исследований.

Мы делим этот риск на две категории. Первая категория — структурный риск: тип скрипта сам по себе раскрывает открытый ключ. Вторая категория — операционный риск: некоторые криптовалюты изначально могут быть защищены, но из-за повторного использования адресов, частичных расходов или действий по хранению открытый ключ был раскрыт, и биткойны все еще находятся на этом адресе.

График распределения объема биткойнов с квантовыми рисками, предоставленный Quantum Safety

Структурный риск биткойнов составляет 1,92 миллиона, что составляет 9,6% от общего объема выпуска; биткойнов с операционным риском — 4,12 миллиона, что составляет 20,6%, из которых только биткойны, хранящиеся на биржах, составляют 1,63 миллиона, что подчеркивает важность правильного использования кошельков и методов хранения для снижения риска раскрытия открытых ключей.

В данной статье не будет сделано никаких оценок, не будет предсказано, когда практические квантовые атаки могут произойти, и не будет оцениваться безопасность и платежеспособность каких-либо учреждений хранения. Мы просто количественно оцениваем текущее состояние раскрытия открытых ключей в сети, различая постоянно высокорисковые активы и активы, риск которых можно уменьшить за счет оптимизации управления кошельками и правил хранения.

Понимание риска раскрытия открытых ключей

Активы биткойна контролируются закрытыми ключами, а открытые ключи используются для проверки законности подписи закрытого ключа в сети. В традиционной криптосистеме, основываясь только на открытом открытом ключе, невозможно обратное вычисление закрытого ключа, что делает активы достаточно безопасными.

Однако угроза квантовых компьютеров заключается в следующем: высокопроизводительный практический квантовый компьютер может использовать алгоритм Шора для обратного вычисления соответствующего закрытого ключа, основываясь на известном открытом ключе. Таким образом, связанные проблемы в блокчейне становятся простыми:

Если открытый ключ был раскрыт, то эта криптовалюта уже подвержена риску. Атакующему не нужно ждать, пока владелец переведет криптовалюту, потому что открытый ключ уже доступен. Если открытый ключ не виден в блокчейне, то согласно этой конкретной статической модели хранения, эта криптовалюта в настоящее время не подвержена риску.

Данная статья сосредоточена на рисках активов в состоянии хранения, то есть токены не перемещаются, но связанные открытые ключи уже раскрыты. Это отличается от раскрытия при переводе: последнее происходит только во время трансляции и подтверждения транзакции, когда открытый ключ становится публичным, что является временным риском на уровне расчетов; первое — это риск активов, который можно точно подсчитать. Под термином «безопасные активы» в статье подразумеваются только те активы, открытые ключи которых не были раскрыты в стадии хранения, и это не абсолютные квантовые активы, устойчивые ко всем будущим квантовым атакам.

График распределения объема биткойнов с квантовой безопасностью, предоставленный Quantum Safety

Структурное раскрытие: врожденные угрозы безопасности

Риски таких активов определяются форматом скрипта адреса и не зависят от того, использует ли пользователь кошелек правильно, что предопределяет раскрытие открытого ключа в блокчейне. Это включает адреса P2PK, созданные в ранние времена Сатоши, традиционные многофункциональные адреса P2MS, а также современные адреса Taproot. Эти адреса были созданы в разные эпохи и для различных сценариев использования, но их объединяет одно: они по умолчанию публикуют открытые ключи или эквивалентную информацию об открытых ключах в блокчейне. Пока токены не были потрачены, они могут стать целью атаки.

В настоящее время мы классифицируем 1,92 миллиона биткойнов (9,6% от общего объема выпуска) как структурные риски. Эти биткойны можно разделить на три разные части:

Распределение структурных рисков биткойнов

Ранние токены Сатоши и блоков: это активы с постоянным структурным риском, которые, если они потеряны или владелец замолкает, практически невозможно перенести на безопасный адрес, если только не будет достигнуто общее согласие по запуску протокольных изменений, иначе они будут навсегда подвержены квантовым рискам.

Адреса Taproot: этот скрипт сам по себе обладает сильной конфиденциальностью, высокой эффективностью переводов и гибкостью смарт-контрактов, что не является недостатком дизайна. Однако с точки зрения раскрытия открытых ключей адреса Taproot напрямую публикуют ключи, что создает риск хранения.

Предложенный в отрасли протокол BIP-360 P2MR может сохранить функции Taproot, одновременно исключая высокорисковые пути ключей, что снижает такие угрозы, но не может автоматически перенести существующие активы Taproot и не является окончательным решением для защиты от квантовых атак.

Короче говоря, из 1,92 миллиона активов с структурным риском часть из них трудно перенести, в то время как другая часть может постепенно оптимизироваться для снижения рисков с помощью новых протоколов и стандартов.

Операционное раскрытие: привычки использования вызывают уязвимости безопасности

Эти адреса изначально обладают защитными способностями к конфиденциальности и не раскрывают открытые ключи. Однако из-за неправильных действий пользователей открытые ключи раскрываются в процессе перевода, и оставшиеся активы теряют свою защиту.

Это проблема повторного использования адресов. Выходные типы, такие как 2PKH, P2SH, P2WPKH и P2WSH, могут скрывать открытые ключи с помощью хеш-значений, когда токены находятся в статическом состоянии. Однако, как только открытый ключ раскрывается в процессе расходования, любые остатки или будущие остатки, связанные с этим открытым ключом, теряют такую защиту.

Операционное раскрытие является основным источником квантовых рисков биткойна в настоящее время, общая сумма составляет 4,12 миллиона, что в 2,1 раза больше, чем активы со структурным риском. Это также подтверждает, что подавляющее большинство квантовых рисков биткойна в настоящее время не являются наследственными проблемами дизайна ранних скриптов, а вызваны неправильным управлением ключами пользователями и некорректным использованием адресов.

Среди активов с операционным риском доля биткойнов, хранящихся на биржах, очень высока, всего 1,66 миллиона, что составляет 40% от общего объема биткойнов с операционным риском. Данные показывают, что риски активов на биржах значительно различаются: среди биткойнов, хранящихся на отмеченных биржах, около половины подвержены атакам, в то время как среди биткойнов, не хранящихся на биржах, этот процент составляет менее 30%.

Распределение объема биткойнов с операционным риском

Ситуация с раскрытием активов среди крупных учреждений значительно различается. Некоторые учреждения хранения имеют относительно низкие риски, в то время как другие хранят большую долю остатков на адресах с известными открытыми ключами.

Низкий риск: у Coinbase только 5% хранящихся активов подвержены раскрытию открытых ключей; доля квантовых рисков среди государственных казначейств (США, Великобритания, Сальвадор) составляет 0%.

Средний риск: Fidelity, CashApp около 2%, Grayscale около 50%.

Высокий риск: Binance 85%, Bitfinex 100%, все активы Robinhood и WisdomTree подвержены риску раскрытия открытых ключей.

Примечание: эти данные отражают только следы хранения активов в блокчейне и не являются основанием для оценки рисков учреждений или платежеспособности.

С точки зрения долгосрочных тенденций, правительства разных стран на протяжении многих лет поддерживают уровень безопасного хранения более 99%; в то время как на биржах, из-за частых денежных потоков и сложной структуры кошельков, доля безопасных активов снизилась с 55% в 2018 году до 45% в настоящее время. Однако эти риски можно полностью улучшить, просто придерживаясь основных норм, таких как недопущение повторного использования адресов и своевременное перемещение остаточных активов, что может быстро снизить масштаб раскрытия.

Распределение объема биткойнов с операционной безопасностью по типам сущностей

Заключение

Квантовые риски биткойна можно разделить на разные категории, каждая из которых имеет свои уникальные последствия.

Структурный риск: трудности с переносом токенов, оставшихся с ранних времен, новые протоколы, такие как P2MR, могут постепенно оптимизировать риски современных адресов Taproot;

Операционный риск: более масштабный и управляемый, среди которого биржи имеют огромные объемы активов, что создает условия для массового переноса рисков.

Таким образом, видно, что обеспечение квантовой безопасности биткойна зависит не только от обновления базовых сетевых протоколов; множество активов с рисками, существующими на рынке, можно эффективно уменьшить, просто внося изменения в повседневную операционную деятельность. Для бирж и профессиональных учреждений хранения стандартизация использования адресов, оптимизация структуры резервных активов, снижение повторного использования ключей и разработка планов переноса активов — это не далекие мечты, а практические меры, которые можно реализовать уже сейчас для значительного снижения квантовых рисков.