Подписания на основе хеш-функций и постквантовый путь Bitcoin

Квантовые атаки на подписи ECDSA/Schnorr Bitcoin остаются теоретической угрозой долгосрочного горизонта, при этом экспертное сообщество предполагает десятилетия подготовки, чтобы обеспечить аккуратный и ненарушающий переход.

Хэш-основанные схемы подписи, включая стандартизированные конструкции NIST, такие как SPHINCS+, обеспечивают сильную постквантовую безопасность, оставаясь при этом философски и архитектурно совместимыми с консервативными, хэш-центричными основами Bitcoin.

Несмотря на такие проблемы, как увеличение размера подписи и сложность управления состоянием, поэтапные подходы к миграции — через мягкие форки, обновления на уровне кошелька и гибридные модели подписи — предоставляют реалистичный и управляемый путь к постквантовой устойчивости.

Долгосрочная уязвимость Bitcoin к квантовым вычислениям подчеркивает (HBS) как надежный путь обновления, основанный на хэш-методах, учитывая их зависимость от предположений о безопасности хэш-функций, которые тесно связаны с текущим протокольным дизайном Bitcoin.

Угрозы квантовых вычислений

По мере развития квантовых вычислений вопрос о том, смогут ли квантовые машины периодически взломать Bitcoin, вновь привлекает внимание общественности. Большинство исследователей и аналитиков отрасли сходятся во мнении, что квантовые вычисления все еще далеки от возможности взломать основные алгоритмы подписи Bitcoin, однако теоретическая возможность существует. Модель владения Bitcoin основана на подписях ECDSA/Schnorr, и квантовые компьютеры могут использовать алгоритм Шора для ускорения решения задач дискретного логарифмирования. Это означает, что достаточно мощные квантовые машины теоретически смогут извлекать приватные ключи из публичных ключей и подделывать подписи для перемещения средств. Эта долгосрочная угроза побудила экосистему проактивно планировать постквантовые защиты, а не ждать внезапного кризиса.

Генеральный директор Blockstream Адам Бэк отметил, что у Bitcoin, вероятно, есть более двадцати лет до того, как квантовые атаки станут реально угрожающими, предоставляя гораздо более длительный период для подготовки, чем предполагают многие пессимистические прогнозы.

Рисунок 1: Схематическая диаграмма уязвимости приватного ключа в квантовой среде при использовании Bitcoin ECDSA/Schnorr

Источник предложения

Обсуждение возникло из пересмотренной работы исследователей Blockstream Михаила Кудинов и Йонаса Ника, которые проанализировали несколько потенциальных путей обеспечения постквантовой безопасности Bitcoin. В частности они уделяют особое внимание хэш-основанным подписям, утверждая, что эти схемы перспективны, поскольку их безопасность опирается только на предположения о хэш-функциях — предположения, уже глубоко встроенные в дизайн Bitcoin. Эта совместимость, по их мнению, делает хэш-основанные подписи надежным вариантом для эпохи постквантовой защиты.

ХЭШ-ОСНОВАННЫЕ ПОДПИСИ

Хэш-основанные подписи (HBS) представляют собой класс цифровых подписей, основанных на свойствах хэш-функций — односторонности и устойчивости к коллизиям — а не на математических предположениях, таких как эллиптические кривые дискретных логарифмов. Такие схемы, как SPHINCS+, входящие сейчас в стандартизацию постквантовых подписей NIST, прошли обширную криптографическую проверку и считаются обладающими прочной теоретической базой для устойчивого к квантам проектирования. Увеличивая длину выхода хэша и используя хорошо изученные конструкции, эти схемы могут сохранять сильные показатели безопасности даже при наличии квантовых возможностей ускоренной переборки.

ДИСКУССИИ О КОМПАТИБЕЛЬНОСТИ

Хотя HBS является концептуально чистой альтернативой постквантовой защиты, техническая интеграция в Bitcoin остается открытым вопросом. Основные вопросы, поднимаемые в исследованиях и медиа-дискуссиях, включают:

Как сбалансировать размер подписи с затратами на данные на цепочке?

Должен ли Bitcoin поддерживать несколько вариантов HBS или стандартизировать один?

Требуется ли историческая проверка или дополнительное отслеживание состояния?

Эти вопросы остаются активными областями обсуждения и еще не достигли инженерного консенсуса.

КЛЮЧЕВЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА

Поддерживающие выделяют несколько преимуществ:

Соответствие предположений о безопасности — HBS зависит только от хэш-функций, которые уже являются основой архитектуры Bitcoin.

Обширный криптоанализ — несколько схем на основе хэшей прошли стандартизацию в NIST и годы проверки, что укрепляет доверие к их долгосрочной устойчивости.

Совместимость с протоколом — в принципе, хэш-основанные подписи могут быть введены через мягкий форк без нарушения существующих правил консенсуса.

По сравнению с схемами на основе решеток, которые вводят сложные новые математические предположения и требуют больших затрат при реализации, HBS часто рассматриваются как более философски совместимые с минималистским, консервативным дизайном Bitcoin.

ПУБЛИЧНЫЕ МИФЫ

Заголовки в СМИ часто усиливают страх, заявляя, что «кошелек Сатоши станет первой целью квантовых атак». Хотя ранние кошельки Pay-To-Public-Key (P2PK) действительно раскрывают публичные ключи и, следовательно, теоретически подвержены более высокой квантовой угрозе, ситуация более сложная. Не все ранние кошельки используют такую схему, и эти риски можно снизить с помощью инструментов миграции, механизмов повторной подписи и координированных обновлений кошельков. Эта проблема серьезна, но не непреодолима и, безусловно, не является немедленной катастрофой.

ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ

Развертывание HBS в Bitcoin сталкивается с реальными инженерными проблемами:

Большие подписи — хэш-основанные подписи значительно больше современных Schnorr-подписей, зачастую достигая нескольких килобайт. Это влияет на распространение блоков, валидацию и комиссионные сборы.

Управление состоянием — некоторые схемы HBS требуют отслеживания статуса использования ключей, что усложняет работу на нескольких устройствах и при оффлайн-подписи.

Эти вопросы решаемы, но требуют тщательного проектирования, многолетних обсуждений и строгого тестирования.

Пути миграции

Сообщества и разработчики обозначили несколько возможных путей миграции:

Обновления на протокольном уровне — введение новых типов выходов, поддерживающих постквантовые подписи, через мягкий форк.

Миграция на уровне кошелька — предложение пользователям переносить средства с потенциально уязвимых устаревших адресов на новые, квантово-устойчивые.

Гибридные механизмы — временно требовать как классические, так и постквантовые подписи для сокращения окна уязвимости во время перехода.

Эти пути остаются предметом обсуждения и экспериментов, но демонстрируют проактивный подход экосистемы к долгосрочным квантовым рискам.

Рисунок 2: Схематическая диаграмма миграции системы подписей Bitcoin (Old → New)

КОНСЕНСУС И ГРАФИК

Сообщество Bitcoin по своей природе консервативно. Любое обновление протокола — особенно изменение систем подписи — требует длительного публичного обзора, тестирования и социального согласия. Соответственно, большинство экспертов сходятся во мнении, что квантовые компьютеры, способные взломать подписи Bitcoin, остаются долгосрочной проблемой — не угрозой, которая возникнет в ближайшее время. Этот расширенный таймлайн позволяет экосистеме подготовиться систематически, а не спешить с неопределенными или незрелыми решениями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Хэш-основанные подписи представляют собой направление постквантовой защиты, которое тесно согласуется с существующей моделью безопасности и философией дизайна Bitcoin. Их появление в качестве серьезного кандидата знаменует собой сдвиг в отраслевом диалоге — от спекулятивных страхов к конкретному инженерному и протокольному планированию.

HBS — не единое решение «волшебной палочкой», а долгосрочный путь развития, который будет совершенствоваться через исследования протокола, инструменты миграции, координацию сообщества и стандартизацию.

В предвидении окончательного перехода к квантовым вычислениям экосистема Bitcoin уже предпринимает взвешенные, технически обоснованные шаги — что является показателем долгосрочной устойчивости сети.

Подробнее:

Угроза квантов: сможет ли Bitcoin быть взломан?

Продажа квантовых кошельков задерживается из-за технических сбоев

〈Hash-Based Signatures and Bitcoin’s Post-Quantum Path〉最早發佈於《CoinRank》。