Chữ Ký Dựa Trên Hàm Băm và Hướng Đi của Bitcoin Sau Mạng Lưới Quang Siêu Tận

Các cuộc tấn công lượng tử vào các chữ ký ECDSA/Schnorr của Bitcoin vẫn là một rủi ro lý thuyết, dài hạn, với sự đồng thuận của các chuyên gia cho rằng cần hàng thập kỷ để chuẩn bị cẩn thận, không gây gián đoạn.

Các hệ thống chữ ký dựa trên hàm băm, bao gồm các cấu trúc tiêu chuẩn của NIST như SPHINCS+, cung cấp khả năng bảo vệ mạnh mẽ sau lượng tử trong khi vẫn phù hợp về mặt triết lý và kiến trúc với các nền tảng bảo thủ, dựa trên hàm băm của Bitcoin.

Mặc dù các thách thức như kích thước chữ ký tăng lên và độ phức tạp quản lý trạng thái vẫn tồn tại, các phương pháp chuyển đổi theo giai đoạn—thông qua các bản nâng cấp soft fork, nâng cấp cấp ví, và các mô hình chữ ký lai—đưa ra một lộ trình khả thi và có thể kiểm soát hướng tới khả năng chống lượng tử.

Việc tiếp xúc lâu dài của Bitcoin với máy tính lượng tử làm nổi bật chữ ký dựa trên hàm băm (HBS) như một lộ trình nâng cấp khả thi sau lượng tử, dựa trên giả định an ninh của hàm băm mà gần như phù hợp với thiết kế giao thức hiện tại của Bitcoin.

Các mối đe dọa lượng tử

Khi máy tính lượng tử tiến bộ, câu hỏi liệu các máy lượng tử có thể phá vỡ Bitcoin định kỳ hay không vẫn thường xuyên thu hút sự chú ý của công chúng. Hầu hết các nhà nghiên cứu và nhà phân tích ngành đều đồng ý rằng máy tính lượng tử vẫn còn xa mới có thể phá vỡ các thuật toán chữ ký cốt lõi của Bitcoin, nhưng khả năng lý thuyết vẫn tồn tại. Mô hình sở hữu của Bitcoin dựa vào các chữ ký ECDSA/Schnorr, và máy tính lượng tử có thể sử dụng thuật toán Shor để tăng tốc độ giải quyết các bài toán logarit rời rạc. Điều này có nghĩa là các máy lượng tử đủ mạnh có thể, về lý thuyết, trích xuất khóa riêng từ các khóa công khai bị lộ và giả mạo chữ ký để chuyển tiền. Rủi ro lâu dài này đã thúc đẩy hệ sinh thái chủ động lên kế hoạch phòng vệ sau lượng tử hơn là chờ đợi một khủng hoảng bất ngờ.

Giám đốc điều hành Blockstream Adam Back đã lưu ý rằng Bitcoin có thể còn hơn hai mươi năm trước khi các cuộc tấn công lượng tử trở thành mối đe dọa thực tế, cung cấp một cửa sổ chuẩn bị dài hơn nhiều so với nhiều dự báo bi quan.

Hình 1: Sơ đồ minh họa về điểm yếu lượng tử của Khóa riêng trong chữ ký ECDSA/Schnorr của Bitcoin

Nguồn của Đề xuất

Cuộc thảo luận bắt nguồn từ một bài báo chỉnh sửa của các nhà nghiên cứu tại Blockstream là Mikhail Kudinov và Jonas Nick, họ đã phân tích một số con đường bảo mật sau lượng tử tiềm năng cho Bitcoin. Bài báo đặc biệt chú ý đến chữ ký dựa trên hàm băm, cho rằng các hệ thống này đang hứa hẹn vì an ninh của chúng dựa hoàn toàn vào giả định về hàm băm—những giả định đã ăn sâu vào thiết kế của Bitcoin. Tính tương thích này, họ lập luận, khiến chữ ký dựa trên hàm băm trở thành một lựa chọn đáng tin cậy cho kỷ nguyên sau lượng tử.

CHỮ KÝ DỰA TRÊN HÀM BĂM

Chữ ký dựa trên hàm băm (HBS) là một loại chữ ký số dựa trên các đặc tính của hàm băm—tính một chiều và khả năng chống va chạm—thay vì các giả định toán học như logarit rời rạc trên đường cong elip. Các hệ thống như SPHINCS+, hiện là phần của tiêu chuẩn chữ ký sau lượng tử của NIST, đã trải qua đánh giá mật mã rộng rãi và được coi là có nền tảng lý thuyết vững chắc để thiết kế chống lượng tử.

Bằng cách tăng chiều dài đầu ra của hàm băm và sử dụng các cấu trúc đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, các hệ thống này có thể duy trì biên độ an ninh mạnh mẽ ngay cả khi có khả năng tấn công vét cạn tăng tốc bởi lượng tử.

THẢO LUẬN VỀ TÍNH TƯƠNG THÍCH

Mặc dù HBS là một khái niệm sạch sẽ về mặt lý thuyết cho phương án thay thế sau lượng tử, việc tích hợp kỹ thuật trong Bitcoin vẫn còn là một tranh luận mở. Các câu hỏi chính trong nghiên cứu và thảo luận truyền thông bao gồm:

Làm thế nào để cân bằng kích thước chữ ký với chi phí dữ liệu trên chuỗi?

Bitcoin có nên hỗ trợ nhiều biến thể HBS hoặc tiêu chuẩn hóa một biến thể không?

Có cần xác minh lịch sử hoặc theo dõi trạng thái bổ sung không?

Những vấn đề này vẫn là các lĩnh vực hoạt động của thảo luận và chưa đạt được sự đồng thuận kỹ thuật.

ƯU ĐIỂM CHÍNH

Những người ủng hộ nhấn mạnh một số lợi thế:

Giả định an ninh phù hợp—HBS chỉ dựa vào hàm băm, vốn đã là nền tảng của kiến trúc Bitcoin.

Phân tích mật mã rộng rãi—vài hệ thống dựa trên hàm băm đã qua tiêu chuẩn của NIST và nhiều năm nghiên cứu, củng cố niềm tin vào khả năng chống lâu dài của chúng.

Tương thích với giao thức—nguyên tắc, chữ ký dựa trên hàm băm có thể được giới thiệu qua các loại đầu ra soft-fork mà không làm gián đoạn các quy tắc đồng thuận hiện có.

So với các hệ thống dựa trên lưới, vốn đưa ra giả định toán học phức tạp mới và gánh nặng thực hiện lớn hơn, HBS thường được xem là phù hợp hơn về mặt triết lý với các nguyên tắc tối giản và bảo thủ trong thiết kế của Bitcoin.

HIỂU LẦM CỦA CÔNG CHÚNG

Các tiêu đề truyền thông thường thổi phồng nỗi sợ bằng cách tuyên bố rằng “Ví của Satoshi sẽ là mục tiêu đầu tiên của các cuộc tấn công lượng tử.” Trong khi các ví Pay-To-Public-Key (P2PK) sớm hơn có thể lộ khóa công khai và do đó đối mặt với rủi ro lượng tử cao hơn về lý thuyết, tình hình phức tạp hơn. Không phải tất cả các ví đầu tiên đều theo thiết kế này, và các rủi ro này có thể được giảm thiểu thông qua các công cụ di chuyển, cơ chế ký lại, và nâng cấp ví phối hợp. Vấn đề này nghiêm trọng nhưng không phải không thể vượt qua, và chắc chắn không phải là một thảm họa ngay lập tức.

THÁCH THỨC TRIỂN KHAI

Triển khai HBS trong Bitcoin đối mặt với các thách thức kỹ thuật thực sự:

Chữ ký lớn — chữ ký dựa trên hàm băm lớn hơn nhiều so với chữ ký Schnorr hiện tại, thường lên tới vài kilobyte. Điều này ảnh hưởng đến quá trình phát tán khối, xác thực, và phí người dùng.

Quản lý trạng thái — một số hệ thống HBS yêu cầu theo dõi trạng thái sử dụng khoá, làm phức tạp quy trình ký offline và đa thiết bị.

Những vấn đề này có thể giải quyết được nhưng đòi hỏi thiết kế cẩn thận, thảo luận trong nhiều năm, và kiểm thử nghiêm ngặt.

LỘ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI

Cộng đồng truyền thông và các nhà phát triển đã đề xuất một số lộ trình chuyển đổi tiềm năng:

Nâng cấp ở cấp giao thức — giới thiệu các loại đầu ra mới hỗ trợ chữ ký sau lượng tử thông qua soft fork.

Chuyển đổi cấp ví — khuyến khích người dùng chuyển quỹ từ các địa chỉ cũ có thể bị lộ sang các địa chỉ mới, chống lượng tử.

Cơ chế lai — tạm thời yêu cầu cả chữ ký cổ điển và sau lượng tử để rút ngắn cửa sổ dễ tổn thương trong quá trình chuyển đổi.

Các lộ trình này vẫn đang được thảo luận và thử nghiệm, nhưng chúng thể hiện cách tiếp cận chủ động của hệ sinh thái đối với rủi ro lượng tử lâu dài.

Hình 2: Sơ đồ minh họa về quá trình chuyển đổi hệ thống chữ ký của Bitcoin (Cũ → Mới)

ĐỒNG THUẬN VÀ DÒNG THỜI GIAN

Cộng đồng Bitcoin vốn bảo thủ theo thiết kế. Bất kỳ nâng cấp giao thức nào—đặc biệt là thay đổi hệ thống chữ ký—đều cần thời gian dài để xem xét công khai, thử nghiệm, và đạt được đồng thuận xã hội. Các chuyên gia phần lớn đồng ý rằng máy tính lượng tử có khả năng phá vỡ chữ ký của Bitcoin vẫn là một mối quan tâm dài hạn—không phải mối đe dọa tức thì. Giai đoạn dài này cho phép hệ sinh thái chuẩn bị một cách có hệ thống hơn là vội vàng chạy đua vào các giải pháp chưa chín chắn hoặc chưa rõ ràng.

KẾT LUẬN

Chữ ký dựa trên hàm băm đại diện cho một hướng đi sau lượng tử phù hợp chặt chẽ với mô hình bảo mật và triết lý thiết kế hiện tại của Bitcoin. Sự xuất hiện của chúng như một ứng viên nghiêm túc đánh dấu một bước chuyển trong cuộc thảo luận ngành—từ các câu chuyện sợ hãi dựa trên suy đoán sang các kế hoạch kỹ thuật và quản trị giao thức cụ thể.

HBS không phải là một giải pháp duy nhất, mà là một lộ trình tiến hóa dài hạn, sẽ trưởng thành qua nghiên cứu giao thức, công cụ chuyển đổi, phối hợp cộng đồng, và tiêu chuẩn hóa.

Trong việc đối mặt với thực tế cuối cùng của máy tính lượng tử, hệ sinh thái Bitcoin đã bắt đầu các bước đi đo lường, dựa trên nền tảng kỹ thuật—điều này chính là chỉ số cho khả năng phục hồi lâu dài của mạng lưới.

Xem thêm:

Mối đe dọa lượng tử: Liệu Bitcoin có thể bị phá vỡ?

Bán hàng hóa Quái vật Lượng tử bị hoãn do trục trặc kỹ thuật

〈Hash-Based Signatures and Bitcoin’s Post-Quantum Path〉 bài viết ban đầu đăng trên 《CoinRank》。