Fidelity: квантовые компьютеры смогут вычислить закрытые ключи биткоинов

Аналитики Fidelity Digital Assets опубликовали 1 сентября исследование, согласно которому защита закрытых ключей биткоина в будущем потребует замены или дополнения. Криптографически значимые квантовые компьютеры пока не существуют, но достаточно мощная система сможет подорвать математические основы авторизации транзакций и поставить средства пользователей под угрозу.

Закрытый ключ позволяет владельцу биткоинов авторизовать транзакции без посредников. Кошелек использует его для создания цифровой подписи, которая подтверждает право владения, не раскрывая сам ключ.

В большинстве стандартных транзакций биткоина применяются алгоритмы ECDSA или подписи Шнорра, введенные в 2021 году с обновлением Taproot. Обе схемы опираются на сложность решения задачи дискретного логарифма для классических компьютеров. Достаточно мощный квантовый компьютер, работающий по алгоритму Шора, смог бы решить эту задачу и вычислить закрытые ключи из открытых.

Главным ограничением для будущего обновления системы безопасности биткоина исследователи называют пропускную способность сети. В отчете Fidelity отмечается: «Минимизация размера ключа для сохранения пропускной способности сети Биткойн по-прежнему остается ключевой задачей, хотя влияние этого фактора может быть менее заметным, учитывая текущее состояние практически пустого мемпула».

Кандидат на замену подписей

В качестве одного из решений исследователи рассматривают систему подписей SHRINCS, основанную на хеш-функциях. Она сочетает компактный путь с сохранением состояния и более объемный резервный вариант без сохранения состояния. Спецификация проекта предполагает открытый ключ длиной 48 байт, подписи с сохранением состояния от 548 до 4619 байт и подпись без сохранения состояния размером 5777 байт.

Путь с сохранением состояния требует, чтобы устройство подписи отслеживало использованные одноразовые ключи. Потеря или повреждение этого состояния не позволит кошельку безопасно продолжить работу. Резервный вариант SHRINCS основан на стандарте SLH-DSA, опубликованном Национальным институтом стандартов и технологий США 13 августа 2024 года. Он сохраняет доступ к средствам, но занимает значительно больше места в блоке.

В Fidelity подчеркивают, что SHRINCS — лишь один из возможных путей развития, оформленный как недавно формализованный BIP. «Технические ограничения Биткойна и неэффективность, связанная с более крупными квантово-устойчивыми подписями, указывают на то, что будущее решение может напоминать текущее состояние Биткойна», — говорится в отчете.

Компромисс между безопасностью и пропускной способностью

Существующие подписи биткоина значительно меньше, чем у постквантовых альтернатив. Более объемные подписи займут больше места в блоках, повысят стоимость транзакций в периоды перегрузки и ограничат количество переводов, которые майнеры смогут подтвердить. Внедрение SHRINCS потребует новых правил консенсуса, возможно, через обратно-совместимый мягкий форк, а также поддержки со стороны поставщиков кошельков, майнеров, операторов узлов, бирж и депозитариев.

В июле Fidelity вместе с восемью другими финансовыми и криптовалютными компаниями выделила 15 миллионов долларов ≈ 45,5 млн BYN на инициативу по обеспечению безопасности биткоина, которая включает исследования в области квантовой устойчивости.