Концепция обновления биткойна после квантовых технологий Coinbase

Автор: Дэвид Кристофер, Bankless

Перевод: Саорша, Foresight News

21 октября Брайан Армстронг поделился последними идеями Coinbase по защите от атак квантовых компьютеров и укреплению безопасности биткойна.

Связанные подготовительные работы начались в январе этого года: Coinbase создала независимый консультативный комитет по квантовым технологиям, в который вошли такие исследователи криптографии, как Скотт Ааронсон, Дэн Бонех и Джастин Дрейк. В июле того же года Coinbase совместно с BlackRock, Fidelity и Strategy основала Альянс безопасности биткойна, обязавшись инвестировать 15 миллионов долларов в исследования в области безопасности биткойна в течение следующих трех лет. Сегодня Coinbase полностью изложила концепцию создания квантово-устойчивого биткойна, включая новые адреса, схемы подписей и планы миграции активов.

Проектирование итеративно обновляемой базовой схемы

Основная идея Coinbase: разделить контейнеры адресов для хранения биткойнов и механизмы подписей для разблокировки активов. Контейнеры адресов предназначены для хранения биткойнов, а механизмы подписей — для разблокировки активов.

В настоящее время никто не может предсказать, какой из квантово-устойчивых алгоритмов подписей обеспечит наивысшую безопасность и практичность в долгосрочной перспективе. Поэтому Coinbase надеется разработать тип адреса, который будет совместим с несколькими алгоритмами подписей; при последующей замене криптографической схемы не потребуется заново разрабатывать всю систему адресов.

Coinbase предложила два альтернативных технологических пути: BIP-360 (P2MR), который введет новый тип адреса биткойна и снизит риск уязвимости к квантовым атакам; другой вариант — P2TRv2, архитектура адреса, поддерживающая квантово-устойчивые подписи.

Обе схемы могут удовлетворить стремление Coinbase к гибкости, но каждая из них по отдельности не является полноценным решением. Особенно BIP-360, который все еще требует дополнительных обновлений для поддержки квантово-устойчивых подписей.

Coinbase также предложила концепцию смешанных адресов: пользователи могут использовать как существующие подписи, так и квантово-устойчивые подписи для расходования одних и тех же средств. Однако у этой схемы есть недостаток: пока старая схема подписей остается в силе, эти средства по-прежнему подвержены угрозе квантовых атак. Смешанные адреса могут служить лишь временной мерой, а не долгосрочным решением.

Отбор подходящих алгоритмов подписей

После определения гибкости как основного принципа дизайна адресов следующим ключевым вопросом является: какой из квантово-устойчивых алгоритмов подписей следует выбрать для биткойна.

Coinbase перечислила четыре кандидатуры:

· ML-DSA: основан на решеточной криптографии, стандартизирован, показывает сбалансированные результаты; недостаток — большой объем данных подписи.

· SLH-DSA: также стандартизирован, основан на зрелых хеш-функциях; размер подписи больше, чем у ML-DSA.

· FN-DSA (Falcon): объем подписи меньше, но сложность реализации безопасности высока, стандартизация еще не завершена.

· SHRINCS: экспериментальная схема, специально разработанная для биткойна, объем подписи небольшой, но требования к управлению ключами очень строгие.

Coinbase предложила 4 кандидата на квантово-устойчивые подписи для оценки биткойна: основанные на решетках ML-DSA, FN-DSA (Falcon) и основанные на хешах SLH-DSA, SHRINCS, каждая из которых имеет свои плюсы и минусы в отношении размера подписи, сложности реализации и наличия стандартов NIST.

Наибольшее противоречие в выборе схемы связано с размером подписи. Объем данных квантово-устойчивых подписей значительно больше, чем у текущих подписей биткойна, что может занять больше места в блоках и снизить пропускную способность сети, увеличив комиссии за транзакции.

Поэтому Coinbase рекомендует оценивать различные схемы с нескольких точек зрения: безопасность, стоимость использования, скорость обработки, совместимость с аппаратными кошельками и сроки миграции высокорисковых биткойн-активов.

Еще один фактор, который необходимо учитывать, — это модель управления ключами.

Подписи с состоянием: требуют от пользователей вести учет использования каждого ключа подписи. Если после восстановления из резервной копии старого кошелька ключ будет случайно использован повторно, злоумышленник сможет подделать подпись и украсть активы. Если существует риск, почему это стоит рассматривать? Преимущество заключается в эффективности. Объем подписей с состоянием может быть меньше, что позволяет поддерживать низкие комиссии, но риск при этом возрастает. Поэтому Coinbase предлагает, чтобы биткойн одновременно поддерживал безсостояние подписи, не требуя отслеживания состояния использования ключей.

Кроме того, Coinbase надежда, чтобы схемы подписей были совместимы с услугами институционального хранения. Многие институциональные услуги хранения используют архитектуру мультиподписей, где закрытые ключи разбиваются и хранятся на нескольких серверах. Некоторые схемы решеточной криптографии лучше подходят для такой архитектуры, и совместимость также является важным критерием оценки.

Конечно, у Coinbase есть свои коммерческие соображения. Будучи одним из крупнейших учреждений по хранению биткойнов, она хочет, чтобы обновленная схема была совместима с ее собственной безопасной инфраструктурой. Однако учреждения, владеющие большим количеством биткойнов, имеют потребности, которые также нельзя игнорировать для всей экосистемы биткойна.

Поэтапное продвижение миграции активов

Помимо выбора схемы подписей, цель Coinbase — разработать четкую дорожную карту, которая направит миграцию биткойн-активов к квантово-устойчивым адресам.

План включает пять потенциальных этапов реализации:

· Этап раннего тестирования: позволяет пользователям добровольно переводить активы на квантово-устойчивые адреса.

· Этап смешанных адресов: активирует смешанные адреса, одновременно поддерживая традиционные подписи и квантово-устойчивые подписи для плавного перехода.

· Этап безопасной миграции: исследует технологии скрытия открытых ключей при переводах, чтобы уменьшить уязвимость к квантовым атакам.

· Этап внедрения новых правил: постепенно ограничивает переводы на старые адреса с потенциальными угрозами безопасности, в конечном итоге запрещая расходование активов с этих адресов.

· Этап окончательной доработки: разрабатывает правила для обработки оставшихся активов на старых адресах, включая варианты, такие как установка срока миграции, заморозка активов, ограничение суммы транзакций или создание механизма восстановления активов.

Coinbase предложила 5 этапов миграции биткойна на квантово-устойчивые адреса: от добровольного обновления пользователями, перехода через смешанные адреса, скрытия открытых ключей для снижения рисков, до постепенного ограничения старых адресов и, наконец, определения способов обработки оставшихся активов на старых адресах.

Coinbase не утвердила никаких окончательных схем. На данном этапе первоочередной задачей является оценка жизнеспособности различных схем, включая совместимость не обновленных кошельков и узлов, и на основе этого определить окончательную схему.

Отдельная обработка спящих и потерянных биткойнов

Следующий наиболее спорный вопрос: как следует обращаться с биткойнами, которые долгое время остаются без движения?

Миллионы биткойнов хранятся на старых адресах, открытые ключи которых уже скомпрометированы, включая блоковые награды, добытые Сатоши. Часть из них принадлежит долгосрочным держателям, другая часть, возможно, уже навсегда потеряна.

Эти активы являются основными целями для квантовых атак. Если кто-то тайно разработает высокопроизводительный квантовый компьютер, он может украсть эти биткойны до того, как вся отрасль осознает риск.

Coinbase не поддерживает прямую заморозку или принудительное изъятие, но и не рекомендует оставлять это без внимания. Напротив, она предлагает разделить обсуждение спящих биткойнов и обновления подписей, чтобы избежать затягивания процесса квантовой безопасности для всех пользователей из-за разногласий по поводу спящих биткойнов.

Если необходимо создать механизм восстановления активов, Coinbase выдвигает два жестких условия:

· Механизм должен обладать квантово-устойчивыми характеристиками: злоумышленник не сможет украсть активы, полагаясь только на скомпрометированный открытый ключ.

· Он должен охватывать все виды экстремальных сценариев: необходимо иметь планы на случай потери владельцем восстановительных данных, высокой нагрузки на систему, пропуска пользователем сроков и т.д.

В общем, Coinbase рассматривает этот проект как материал для открытых обсуждений, а не как окончательный план. Ни одна компания или разработчик не могут в одностороннем порядке определить направление развития биткойна, и достичь консенсуса в экосистеме даже сложнее, чем разработка самой криптографической технологии.