Ý tưởng nâng cấp Bitcoin hậu lượng tử của Coinbase

Tác giả: David Christopher, Bankless

Biên dịch: Saoirse, Foresight News

Ngày 21 tháng 10, Brian Armstrong đã chia sẻ những ý tưởng mới nhất của Coinbase để chống lại các cuộc tấn công của máy tính lượng tử và củng cố an ninh cho Bitcoin.

Công việc chuẩn bị liên quan bắt đầu từ tháng 1 năm nay: Coinbase đã thành lập một ủy ban tư vấn lượng tử độc lập, với các thành viên trong ủy ban bao gồm Scott Aaronson, Dan Boneh, Justin Drake và các nhà nghiên cứu mật mã khác. Vào tháng 7 cùng năm, Coinbase đã hợp tác với BlackRock, Fidelity, Strategy và các tổ chức khác để thành lập Liên minh An ninh Bitcoin, cam kết đầu tư 15 triệu USD trong ba năm tới cho nghiên cứu trong lĩnh vực an ninh Bitcoin. Hiện nay, Coinbase đã hoàn thiện toàn bộ kế hoạch xây dựng Bitcoin chống lượng tử, bao gồm địa chỉ mới, phương án chữ ký và kế hoạch di chuyển tài sản hiện có.

Thiết kế giải pháp cơ sở hạ tầng có thể nâng cấp

Triết lý cốt lõi của Coinbase: tách rời container địa chỉ lưu trữ Bitcoin và cơ chế chữ ký để mở khóa tài sản. Container địa chỉ được sử dụng để lưu trữ Bitcoin, trong khi cơ chế chữ ký là cách thức mở khóa tài sản.

Hiện tại không ai có thể dự đoán, về lâu dài, loại phương án chữ ký chống lượng tử nào sẽ có độ an toàn và tính thực tiễn cao nhất. Do đó, Coinbase hy vọng thiết kế một loại địa chỉ có thể tương thích với nhiều thuật toán chữ ký khác nhau; khi thay đổi phương án mật mã trong tương lai, không cần phát triển lại toàn bộ hệ thống địa chỉ.

Coinbase đã đề xuất hai lộ trình công nghệ thay thế: BIP-360 (P2MR), dự thảo nâng cấp này sẽ giới thiệu địa chỉ Bitcoin mới, giảm thiểu rủi ro bị tấn công lượng tử; một phương án khác là P2TRv2, kiến trúc địa chỉ này có thể hỗ trợ chữ ký chống lượng tử.

Cả hai phương án đều đáp ứng được tính linh hoạt mà Coinbase theo đuổi, nhưng việc sử dụng riêng lẻ không thể coi là giải pháp hoàn chỉnh. Đặc biệt là BIP-360, vẫn cần nâng cấp bổ sung để hỗ trợ chữ ký chống lượng tử.

Coinbase cũng đã đề xuất ý tưởng địa chỉ hỗn hợp: người dùng có thể tiếp tục sử dụng chữ ký hiện tại hoặc sử dụng chữ ký chống lượng tử để chi tiêu cùng một khoản tiền. Tuy nhiên, phương án này có nhược điểm: chỉ cần phương thức chữ ký cũ vẫn có thể sử dụng, khoản tiền này vẫn đối mặt với nguy cơ tấn công lượng tử. Địa chỉ hỗn hợp chỉ có thể được coi là biện pháp tạm thời, không phải là giải pháp lâu dài.

Lựa chọn thuật toán chữ ký phù hợp

Sau khi xác định thiết kế địa chỉ cần có tính linh hoạt là nguyên tắc cốt lõi, vấn đề quan trọng tiếp theo là: Bitcoin nên chọn loại thuật toán chữ ký chống lượng tử nào.

Coinbase đã liệt kê bốn phương án ứng cử:

· ML-DSA: dựa trên mật mã lưới, đã hoàn thành tiêu chuẩn hóa, hiệu suất tổng thể cân bằng; nhược điểm là kích thước dữ liệu chữ ký khá lớn.

· SLH-DSA: cũng đã được tiêu chuẩn hóa, dựa trên hàm băm trưởng thành; kích thước chữ ký lớn hơn ML-DSA.

· FN-DSA (Falcon): kích thước chữ ký nhỏ hơn, nhưng độ khó trong việc triển khai an toàn cao, chưa hoàn thành tiêu chuẩn hóa.

· SHRINCS: phương án thử nghiệm được thiết kế riêng cho Bitcoin, kích thước chữ ký nhỏ hơn, nhưng yêu cầu quản lý khóa rất nghiêm ngặt.

Coinbase đề xuất bốn loại thuật toán chữ ký chống lượng tử cho Bitcoin: ML-DSA dựa trên lưới, FN-DSA (Falcon), SLH-DSA và SHRINCS dựa trên hàm băm, mỗi loại đều có ưu nhược điểm riêng về kích thước chữ ký, độ khó triển khai và có tiêu chuẩn NIST hay không.

Mâu thuẫn lớn nhất trong việc lựa chọn phương án đến từ kích thước chữ ký. Dữ liệu của chữ ký chống lượng tử lớn hơn nhiều so với chữ ký hiện tại của Bitcoin, sẽ chiếm nhiều không gian khối hơn, có thể làm giảm thông lượng giao dịch của mạng và tăng phí giao dịch.

Do đó, Coinbase đề xuất đánh giá các phương án khác nhau từ nhiều khía cạnh như độ an toàn, chi phí sử dụng, tốc độ xử lý, khả năng tương thích với ví phần cứng, chu kỳ di chuyển tài sản Bitcoin có nguy cơ cao, v.v.

Một yếu tố khác cần xem xét là mô hình quản lý khóa.

Chữ ký có trạng thái: yêu cầu người dùng ghi lại lịch sử sử dụng của mỗi khóa chữ ký. Nếu khôi phục từ sao lưu ví cũ và vô tình sử dụng lại khóa, kẻ tấn công có thể giả mạo chữ ký và đánh cắp tài sản. Nếu đã có rủi ro, tại sao vẫn phải xem xét? Lợi thế nằm ở hiệu suất. Kích thước của chữ ký có trạng thái có thể nhỏ hơn, có khả năng duy trì phí thấp hơn, nhưng rủi ro cũng tăng theo. Vì vậy, Coinbase đề xuất Bitcoin nên hỗ trợ đồng thời chữ ký không có trạng thái, không cần theo dõi trạng thái sử dụng khóa.

Ngoài ra, Coinbase hy vọng phương án chữ ký có thể tương thích với các nhà cung cấp dịch vụ lưu ký tổ chức. Nhiều dịch vụ lưu ký tổ chức sử dụng kiến trúc chữ ký đa bên, khóa riêng sẽ được chia nhỏ và lưu trữ trên nhiều máy chủ. Một số phương án mật mã lưới phù hợp hơn với loại kiến trúc này, khả năng tương thích cũng là một tiêu chí đánh giá quan trọng.

Tất nhiên, Coinbase cũng có những cân nhắc về mặt thương mại. Là một trong những tổ chức lưu ký Bitcoin lớn nhất, họ hy vọng phương án nâng cấp có thể tương thích với cơ sở hạ tầng an ninh của chính mình. Nhưng các tổ chức nắm giữ một lượng lớn Bitcoin, nhu cầu của họ cũng không thể bị bỏ qua trong toàn bộ hệ sinh thái Bitcoin.

Tiến hành di chuyển tài sản theo từng giai đoạn

Ngoài việc xác định phương án chữ ký, mục tiêu của Coinbase là xây dựng một lộ trình rõ ràng, hướng dẫn tài sản Bitcoin dần dần di chuyển đến địa chỉ chống lượng tử.

Kế hoạch đề xuất năm giai đoạn triển khai tiềm năng:

· Giai đoạn thử nghiệm sớm: cho phép người dùng tự nguyện chuyển tài sản đến địa chỉ chống lượng tử.

· Giai đoạn địa chỉ hỗn hợp: kích hoạt địa chỉ hỗn hợp, đồng thời tương thích với chữ ký truyền thống và chữ ký chống lượng tử, thực hiện chuyển tiếp dần dần.

· Giai đoạn di chuyển an toàn: khám phá các phương pháp kỹ thuật để ẩn khóa công khai khi chuyển tiền, giảm thiểu bề mặt tiếp xúc với tấn công lượng tử.

· Giai đoạn thực hiện quy tắc mới: dần dần hạn chế chuyển tiền đến địa chỉ cũ có rủi ro an ninh, cuối cùng cấm chi tiêu tài sản từ địa chỉ cũ.

· Giai đoạn hoàn tất cuối cùng: xây dựng quy tắc xử lý tài sản còn lại trong địa chỉ cũ, các phương án có thể bao gồm thiết lập thời hạn di chuyển, đóng băng tài sản, hạn chế số lượng giao dịch hoặc xây dựng cơ chế phục hồi tài sản.

Năm giai đoạn thay thế mà Coinbase đề xuất cho việc di chuyển Bitcoin đến địa chỉ chống lượng tử: từ việc nâng cấp tự nguyện của người dùng, chuyển tiếp địa chỉ hỗn hợp, ẩn khóa công khai để giảm rủi ro, đến việc dần dần hạn chế địa chỉ cũ, cuối cùng quyết định cách xử lý tài sản còn lại trong địa chỉ cũ.

Coinbase chưa xác định bất kỳ phương án cuối cùng nào. Công việc hàng đầu hiện tại là đánh giá tính khả thi của các phương án khác nhau, bao gồm khả năng tương thích của ví và nút chưa nâng cấp, và từ đó xác định phương án cuối cùng.

Xử lý riêng biệt Bitcoin ngủ đông và mất tích

Tiếp theo là vấn đề gây tranh cãi nhất: Bitcoin không hoạt động trong thời gian dài nên được xử lý như thế nào?

Hàng triệu Bitcoin được lưu trữ trong các địa chỉ cũ mà khóa công khai đã bị rò rỉ, trong đó bao gồm phần thưởng khối mà Satoshi Nakamoto đã khai thác. Một phần thuộc về những người nắm giữ lâu dài, một phần có thể đã bị mất vĩnh viễn.

Các tài sản này là mục tiêu chính của các cuộc tấn công lượng tử. Nếu có ai đó bí mật phát triển một máy tính lượng tử hiệu suất cao, họ có thể đánh cắp những Bitcoin này trước khi toàn ngành nhận ra rủi ro.

Coinbase không ủng hộ việc đóng băng hoặc thu hồi trực tiếp, cũng không khuyến nghị bỏ mặc. Ngược lại, họ đề xuất tách biệt tranh cãi về Bitcoin ngủ đông và nâng cấp chữ ký thành hai vấn đề khác nhau, tránh việc bất đồng xung quanh Bitcoin ngủ đông làm chậm tiến trình nâng cấp an ninh lượng tử cho toàn bộ người dùng.

Nếu muốn xây dựng cơ chế phục hồi tài sản, Coinbase đưa ra hai điều kiện cứng:

· Cơ chế phải có đặc tính chống lượng tử: kẻ tấn công chỉ dựa vào khóa công khai bị rò rỉ, không thể sử dụng cơ chế phục hồi này để đánh cắp tài sản.

· Phải bao quát các tình huống cực đoan: cần có kế hoạch ứng phó cho các trường hợp như người nắm giữ mất chứng từ phục hồi, hệ thống quá tải, người dùng bỏ lỡ thời hạn, v.v.

Tóm lại, Coinbase coi đề xuất này như một tài liệu tham khảo cho thảo luận công khai, chứ không phải là một bản kế hoạch cuối cùng. Không có bất kỳ công ty hay nhà phát triển nào có thể đơn phương quyết định hướng phát triển của Bitcoin, và việc đạt được sự đồng thuận trong toàn bộ hệ sinh thái thậm chí còn khó hơn cả việc phát triển công nghệ mật mã.