Разработчик Ethereum предложил ускорить защиту сети от квантовых угроз

К декабрю 2028 года исследователь Ethereum Foundation Джастин Дрейк рассчитывает осуществить постквантовое обновление базового протокола Ethereum. Об этих планах, задающих более сжатые сроки по сравнению с текущей дорожной картой, специалист рассказал 3 ноября во время выступления на конференции Devcon 8 в Мумбаи.

Дрейк заявил: «Мы надеемся, что к декабрю 2028 года сможем завершить полный постквантовый и пост-ИИ переход».

Специалист пояснил, что для реализации трех дополнительных хардфорков разработчикам отведено 24 месяца. Вместе с тем официального пересмотра графика со стороны Ethereum Foundation не было. В плане развития, опубликованном 7 сентября, дедлайном для защиты базового уровня блокчейна — включая слои консенсуса, исполнения транзакций и доступности данных — от квантовых угроз по-прежнему значится декабрь 2029 года.

Даже после того как протокол будет модернизирован, процесс окончательного перевода пользовательских приложений и кошельков может еще продолжаться. Этот процесс также затрагивает более широкие дискуссии в индустрии о том, как блокчейны готовятся к «квантовой» эре.

В Ethereum Foundation квантовые вычисления расцениваются в качестве возможной угрозы для криптографических инструментов, отвечающих за безопасность работы блокчейна и подтверждение транзакций.

При наличии достаточной вычислительной мощности квантовая система теоретически сможет применить алгоритм Шора для вычисления закрытых ключей по открытым. Подобный сценарий несет в себе угрозу фальсификации цифровых подписей и несанкционированного управления чужими активами.

Создатели Ethereum отмечают, что на сегодняшний день существующие квантовые компьютеры не способны взломать криптографические алгоритмы, используемые в блокчейне. Тем не менее заблаговременное развертывание обновлений необходимо из-за комплексности децентрализованной инфраструктуры, объединяющей множество операторов приложений, создателей кошельков, валидаторов и разработчиков.

В своих расчетах фонд опирается на консервативную оценку, допускающую возникновение способного взломать криптографию квантового компьютера уже в 2030 году. Организация делает оговорку, что большинство прогнозов указывает на более отдаленные даты, а точный момент предсказать невозможно.

Официальный дедлайн планируется удерживать без изменений по меньшей мере до января 2027 года. На эту дату намечен новый анализ квантовых рисков силами Ethereum Foundation с привлечением независимых специалистов.

Грядущая постквантовая трансформация охватит сразу несколько криптографических элементов с различными функциями.

Первый из них — подписи пользовательских транзакций. Стандартные учетные записи в Ethereum опираются на алгоритм ECDSA на эллиптической кривой secp256k1, служащий подтверждением прав владельца секретного ключа на отправку перевода.

В целях перехода на новые стандарты предложен механизм Frame Transactions (EIP-8141). Он задействует нативную абстракцию учетных записей, переводящую валидацию подписей на программируемую основу. Это позволит кошелькам в дальнейшем внедрять постквантовую аутентификацию без необходимости проведения хардфорка под каждый отдельный алгоритм.

Само по себе предложение EIP-8141 не включает постквантовые подписи, а лишь закладывает технический фундамент для их будущей интеграции. Текущий статус документа — черновик.

Второй элемент — подписи валидаторов. При фиксации блоков и достижении консенсуса сеть использует BLS-подписи, ключевое достоинство которых заключается в объединении множества подписей в единую, что уменьшает трафик данных.

Эту систему разработчики намерены сменить на хеш-схему leanXMSS. Данный метод считается устойчивым к потенциальным атакам квантовых систем, однако формирует подписи существенно большего размера, чем BLS, и лишен функции прямого сжатия.

В качестве решения проблемы инженеры проектируют leanVM — особую виртуальную машину, предназначенную для генерации компактных криптографических доказательств. Ее задача — обеспечить быструю верификацию больших объемов постквантовых подписей без перегрузки сети.

Третий элемент — доступность данных. Для взаимодействия с информацией, в том числе поступающей от сетей второго уровня (L2), в Ethereum применяются криптографические обязательства KZG. Математическая база этой структуры также может оказаться уязвимой перед лицом достаточно продвинутых квантовых машин.

Среди возможных замен изучаются инструменты на основе хеш-функций, включая технологию STARK и прочие постквантовые разработки. Инженерам потребуется совместить внедрение альтернативных решений с требованиями к пропускной способности и объемам сетевого трафика.

Отдельным вызовом остается обеспечение безопасности криптографических доказательств, которые используются децентрализованными сервисами и решениями L2. Модернизация основного протокола не влечет за собой автоматическую защиту всех внешних систем, функционирующих поверх него.

Согласно обнародованному плану Ethereum Foundation, весь процесс разбит на серию последовательных хардфорков. Промежуточной вехой станет обновление Hegota, ключевой частью которого выступает EIP-8141, создающий базу для перевода пользовательских аккаунтов на новые криптографические протоколы.

Последующие шаги будут включать внесение в систему постквантовых открытых ключей валидаторов, интеграцию передовых методов верификации подписей и обновление алгоритма консенсуса.

В октябре разработчиками был опубликован проект EIP-8450, нацеленный на формирование базы постквантовых ключей для производителей блоков и валидаторов. Инициатива позволяет заблаговременно внести ключи leanXMSS, сохраняя при этом действующие подписи BLS. Окончательный отказ от них произойдет в рамках последующих обновлений. Сейчас EIP-8450 пребывает в статусе Draft и не предусматривает моментальной отмены текущего способа аутентификации.

План развития также содержит стадию минимальной постквантовой готовности (MV-PQ). Она призвана сохранить работоспособность Ethereum при внезапном появлении квантовой угрозы, пусть и с урезанными гарантиями безопасности.

Окончательная защита сети потребует дополнительных технических шагов, в числе которых постквантовые аттестации для валидаторов и модернизированные схемы агрегации подписей.

В Ethereum Foundation не исключают корректировки очередности этапов. В сентябрьскую дорожную карту уже была заложена параллельная работа над несколькими форками, поскольку их поочередное развертывание грозит срывом намеченных сроков.

Серьезной задачей станет миграция ранее созданных кошельков на новые типы подписей. Адрес стандартного аккаунта EOA генерируется на базе хеша публичного ключа. До тех пор пока адрес исключительно принимает входящие переводы и не генерирует исходящие транзакции, открытый ключ в сети обычно не отображается.

Однако после первой же отправки транзакции публичный ключ можно восстановить по оставленной подписи. Если появится достаточно мощная квантовая машина, подобные кошельки окажутся под угрозой взлома.

Стратегия Ethereum Foundation предполагает поэтапный перевод держателей адресов на новые криптографические схемы. Ожидается, что кошельки с поддержкой таких механизмов смогут обновлять тип авторизации индивидуально, без требования всеобщего синхронного перехода владельцев ETH.

Судьба неактивных или старых адресов пока не определена: единой позиции относительно активов, чьи владельцы не смогут или откажутся обновлять настройки защиты, у разработчиков нет. Дополнительные алгоритмы перехода могут потребоваться смарт-контрактным учетным записям и dapps с нестандартной криптографией.

Представители фонда подчеркивают, что окончательный перенос пользовательских учетных записей и софта может занять годы даже после апгрейда базового протокола.

В ходе выступления Дрейк затронул тему перехода в эпоху после появления продвинутого искусственного интеллекта (post-AI transition), но не стал вдаваться в технические подробности формулировки. Ранее он отмечал, что развитие ИИ способно стимулировать математические открытия, что может привести к методам взлома криптографии на базе эллиптических кривых даже без привлечения квантовых процессоров.

Дрейк выступил за превентивное создание защитных механизмов и смещение акцента в сторону криптографии на базе хеш-функций. Обсуждение этих изменений перекликается с предложенной Виталиком Бутериным концепцией Lean Ethereum, в рамках которой рассматривается «соломенная карта» глубокой перестройки протокола.

В августе Виталик Бутерин упоминал, что квантовая защита блокчейна поднялась в списке приоритетов в сравнении с дорожной картой образца 2023 года.

В сентябре же представители Ethereum Foundation вновь подтвердили ориентир на декабрь 2029 года и определили перечень базовых предложений для хардфорка Hegota.