Cảnh Báo Về Máy Tính Lượng Tử
Fidelity Digital Assets đã cảnh báo rằng các máy tính lượng tử trong tương lai có khả năng lấy được các khóa riêng của Bitcoin từ các khóa công khai bị lộ, điều này có thể đe dọa đến quỹ của người dùng. Một hệ thống chữ ký dựa trên hàm băm đã được đề xuất nhằm tăng cường bảo mật, mặc dù việc sử dụng chữ ký lớn hơn có thể làm giảm thông lượng giao dịch và làm phức tạp việc khôi phục ví.
Phân Tích và Đề Xuất Bảo Mật
Theo phân tích của Fidelity Digital Assets, việc bảo vệ khóa riêng của Bitcoin có thể cần phải được thay thế hoặc bổ sung trong tương lai. Các máy tính lượng tử, hay còn gọi là CRQCs, hiện tại chưa tồn tại, nhưng các hệ thống đủ mạnh có thể làm suy yếu các giả định toán học bảo vệ việc ủy quyền giao dịch và đặt quỹ vào rủi ro.
Nghiên cứu của Fidelity Digital Assets đã chỉ ra rằng thông lượng giao dịch là một yếu tố trung tâm cho bất kỳ nâng cấp bảo mật Bitcoin nào trong tương lai: “Giảm thiểu kích thước khóa để bảo tồn thông lượng giao dịch của Bitcoin vẫn là một mối quan tâm chính, mặc dù tác động có thể ít rõ ràng hơn khi xem xét trạng thái hiện tại của một mempool gần như trống rỗng.”
Chữ Ký Số và Quyền Sở Hữu Bitcoin
Các khóa riêng cho phép chủ sở hữu Bitcoin ủy quyền giao dịch mà không cần dựa vào một trung gian. Các ví sử dụng khóa riêng để tạo ra một chữ ký số chứng minh quyền kiểm soát mà không tiết lộ khóa bí mật. Mối quan hệ giữa các khóa riêng, khóa công khai và chữ ký giao dịch tạo thành nền tảng của quyền sở hữu Bitcoin và tự quản lý.
Hầu hết các giao dịch Bitcoin tiêu chuẩn hiện nay sử dụng Thuật toán Chữ ký Số Đường Elliptic hoặc chữ ký Schnorr. Chữ ký Schnorr đã được triển khai thông qua Taproot, với Đề xuất Cải tiến Bitcoin 340 xác định chữ ký Schnorr và BIP 341 thiết lập các quy tắc chi tiêu của Taproot. BIP 341 đã được chỉ định vào tháng 1 năm 2020 trước khi nâng cấp được kích hoạt vào năm 2021.
Rủi Ro Từ Máy Tính Lượng Tử
Cả hai hệ thống đều dựa vào độ khó của việc giải quyết bài toán logarit rời rạc đường elliptic bằng máy tính cổ điển. Một máy tính lượng tử đủ mạnh chạy thuật toán Shor có thể giải quyết vấn đề đó và lấy được các khóa riêng từ các khóa công khai tương ứng. Nghiên cứu đã giảm một số ước tính về tài nguyên cần thiết để tấn công mật mã đường elliptic, làm cho cuộc tranh luận về bảo mật lượng tử của Bitcoin trở nên rõ ràng hơn, mặc dù các hệ thống lượng tử hiện tại vẫn còn xa so với khả năng liên quan đến mật mã.
Giải Pháp Chống Lượng Tử
Các nhà nghiên cứu đang đánh giá các hệ thống chữ ký chống lượng tử dựa trên các hàm băm thay vì mật mã đường elliptic. Đặc tả dự thảo SHRINCS kết hợp một đường chữ ký trạng thái nhỏ gọn với một phương án dự phòng không trạng thái lớn hơn. Thiết kế hiện tại của nó xác định một khóa công khai 48 byte, các chữ ký trạng thái từ 548 đến 4,619 byte, và một chữ ký không trạng thái 5,777 byte.
Đường trạng thái yêu cầu các thiết bị ký theo dõi các khóa chữ ký một lần nào đã được sử dụng. Việc mất hoặc hỏng trạng thái ngăn cản ví tiếp tục an toàn qua đường đó, trong khi phương án dự phòng của SHRINCS dựa trên các thuật toán từ tiêu chuẩn SLH-DSA của Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia được công bố vào ngày 13 tháng 8 năm 2024. Phương án không trạng thái bảo tồn quyền truy cập nhưng tiêu tốn nhiều không gian khối hơn.
Nghiên cứu của Fidelity Digital Assets đã mô tả cách mà một nâng cấp Bitcoin chống lượng tử trong tương lai có thể đáp ứng các yêu cầu bảo mật khác nhau: “SHRINCS đại diện cho một con đường tiềm năng tiến về phía trước như một BIP vừa được chính thức hóa. Tuy nhiên, các ràng buộc kỹ thuật của Bitcoin và những bất cập liên quan đến các chữ ký chống lượng tử lớn hơn cho thấy rằng một giải pháp trong tương lai có thể giống với trạng thái hiện tại của Bitcoin.”
Thách Thức và Hỗ Trợ Chuyển Đổi
Các chữ ký hiện tại của Bitcoin vẫn nhỏ hơn nhiều so với các lựa chọn thay thế sau lượng tử hàng đầu, tạo ra một sự đánh đổi trực tiếp giữa bảo mật trong tương lai và khả năng mạng. Các chữ ký lớn hơn sẽ tiêu tốn nhiều không gian khối hơn, làm tăng chi phí giao dịch trong các khoảng thời gian tắc nghẽn, và giới hạn số lượng chuyển khoản mà các thợ mỏ có thể xác nhận.
Các đánh giá khác đã phát hiện rằng một số hệ thống chữ ký an toàn trước lượng tử có thể mở rộng dữ liệu giao dịch một cách mạnh mẽ. Việc triển khai SHRINCS hoặc một hệ thống chống lượng tử khác sẽ yêu cầu các quy tắc đồng thuận mới, có thể thông qua một phân nhánh mềm tương thích ngược. Các nhà cung cấp ví, thợ mỏ, các nhà điều hành nút, sàn giao dịch và người giữ tài sản cũng sẽ cần hỗ trợ cho quá trình chuyển đổi.
Fidelity đã tham gia cùng tám công ty tài chính và tiền điện tử khác vào tháng 7 để tài trợ cho một sáng kiến bảo mật Bitcoin trị giá 15 triệu đô la, bao gồm nghiên cứu về khả năng chống lượng tử.
