Исследователь Ethereum Foundation Джастин Дрейк надеется завершить постквантовую модернизацию базового протокола Ethereum к декабрю 2028 года. Об этом он заявил 3 ноября на конференции Devcon 8 в Мумбаи, обозначив более амбициозный срок, чем предусмотрено действующей дорожной картой.
По его словам, у разработчиков есть 24 месяца на проведение трех дополнительных хардфорков. При этом Ethereum Foundation официально не пересматривала сроки. В дорожной карте от 7 сентября организация сохранила цель обеспечить устойчивость базового уровня блокчейна к квантовым атакам на уровнях исполнения транзакций, консенсуса и доступности данных к декабрю 2029 года.
Полная миграция пользовательских кошельков и приложений может продолжаться и после модернизации протокола.
В Ethereum Foundation рассматривают квантовые вычисления как потенциальную угрозу криптографическим механизмам, которые обеспечивают безопасность транзакций и работу сети.
Достаточно мощный квантовый компьютер теоретически сможет восстанавливать закрытые ключи на основе открытых с помощью алгоритма Шора. Это создаст риск подделки цифровых подписей и несанкционированного распоряжения средствами.
Однако, как подчеркивают разработчики Ethereum, существующие квантовые компьютеры пока не способны проводить подобные атаки на используемую сетью криптографию. Переход необходимо начинать заранее из-за сложности обновления децентрализованной инфраструктуры, в которой участвуют многочисленные разработчики, валидаторы, операторы кошельков и приложений.
Фонд исходит из консервативного сценария, при котором криптографически значимый квантовый компьютер может появиться уже в 2030 году. При этом организация признает, что большинство оценок предполагает более поздние сроки, а точную дату предсказать невозможно.
Официальную цель разработчики намерены сохранять как минимум до января 2027 года. Тогда Ethereum Foundation проведет повторную оценку квантовых угроз с привлечением внешних экспертов.
Постквантовая модернизация затронет несколько криптографических компонентов, выполняющих разные задачи.
Подписи пользовательских транзакций. Обычные аккаунты Ethereum используют алгоритм ECDSA на эллиптической кривой secp256k1. Он позволяет подтвердить право владельца закрытого ключа на отправку транзакции.
Для перехода к новым алгоритмам разработчики предлагают механизм Frame Transactions (EIP-8141). Он предусматривает нативную абстракцию аккаунтов, благодаря которой проверка подписей станет программируемой. В перспективе это позволит кошелькам использовать постквантовые схемы аутентификации без необходимости проводить отдельный хардфорк для каждого нового алгоритма.
Сам EIP-8141 не внедряет постквантовые подписи, а создает основу для их последующего использования. На момент публикации предложение имеет статус черновика.
Подписи валидаторов. Для подтверждения блоков и согласования состояния сети Ethereum применяет BLS-подписи. Их преимущество заключается в возможности объединять множество подписей в одну, сокращая объем передаваемых данных.
Разработчики планируют заменить этот механизм хеш-ориентированной схемой leanXMSS. Она рассматривается как устойчивая к известным квантовым атакам, однако ее подписи значительно больше BLS и не обладают аналогичной возможностью прямого агрегирования.
Для решения проблемы команда разрабатывает leanVM — специализированную виртуальную машину для формирования компактных криптографических доказательств. Она должна обеспечить эффективную проверку большого количества постквантовых подписей без чрезмерного увеличения нагрузки на сеть.
Доступность данных. Ethereum использует криптографические обязательства KZG для работы с данными, публикуемыми в том числе сетями второго уровня (L2). Эта схема также опирается на математические конструкции, потенциально уязвимые перед достаточно мощными квантовыми компьютерами.
В качестве альтернатив рассматриваются механизмы на основе хеш-функций, включая STARK, и другие постквантовые решения. Разработчикам предстоит обеспечить совместимость новых схем с требованиями к пропускной способности и объему передаваемой информации.
Отдельной задачей остается защита криптографических доказательств, применяемых в L2-сетях и децентрализованных приложениях. Обновление базового протокола не гарантирует автоматической устойчивости всех работающих на нем систем.
В опубликованной Ethereum Foundation дорожной карте переход разбит на последовательность хардфорков. Одним из предварительных этапов станет Hegota. Среди его ключевых предложений — EIP-8141, который должен создать основу для перехода пользовательских аккаунтов на новые криптографические схемы.
Дальнейшие этапы предусматривают регистрацию постквантовых публичных ключей валидаторов, внедрение новых механизмов проверки подписей и модернизацию консенсуса.
В октябре разработчики представили проект EIP-8450, предусматривающий создание реестра постквантовых ключей для валидаторов и создателей блоков. Предложение позволяет заранее зарегистрировать ключи leanXMSS, продолжая использовать существующие BLS-подписи. Переход к новым подписям должен произойти в одном из последующих обновлений. EIP-8450 пока имеет статус Draft и не предполагает немедленной замены действующего механизма аутентификации.
В дорожной карте также предусмотрен промежуточный уровень минимальной постквантовой готовности (MV-PQ). Он должен позволить Ethereum продолжить работу при возникновении квантовой угрозы, хотя и с ограниченными гарантиями безопасности.
Для достижения полной устойчивости потребуются дополнительные изменения, включая постквантовые аттестации валидаторов и новые механизмы агрегирования подписей.
Ethereum Foundation допускает изменение последовательности обновлений. При этом сентябрьский план уже предусматривал параллельную разработку нескольких хардфорков, поскольку последовательная реализация всех этапов может не позволить уложиться в установленный срок.
Отдельная проблема — перевод уже созданных аккаунтов на постквантовые подписи. Адрес обычного пользовательского аккаунта Ethereum (EOA) формируется на основе хеша открытого ключа. Пока такой аккаунт только получает средства и не подписывает исходящие транзакции, его открытый ключ обычно не раскрывается в блокчейне.
После отправки транзакции открытый ключ можно восстановить из подписи. В случае появления достаточно мощного квантового компьютера такие аккаунты могут стать целью атаки.
Ethereum Foundation предусматривает постепенную миграцию пользователей на новые схемы. Предполагается, что поддерживающие их кошельки смогут менять способ авторизации без одновременного обязательного перехода всех владельцев ETH.
При этом вопрос о судьбе старых или заброшенных аккаунтов остается открытым. Разработчики пока не выработали единого подхода к средствам, владельцы которых не смогут или не захотят обновить защиту. Отдельные механизмы миграции могут потребоваться смарт-контрактным аккаунтам и приложениям, использующим собственные криптографические схемы.
В фонде отмечают, что даже после модернизации базового протокола полная миграция пользовательских аккаунтов и приложений может занять дополнительные годы.
Во время выступления Дрейк также упомянул post-AI transition, однако не уточнил, какие технические изменения подразумевает под этим выражением. Ранее исследователь предупреждал, что развитие ИИ может ускорить математические открытия и потенциально привести к появлению новых способов взлома криптографии на эллиптических кривых даже без квантовых компьютеров.
Дрейк предложил заранее подготовить меры защиты и отдать предпочтение криптографическим конструкциям, основанным на хеш-функциях.
Ранее ForkLog подробно разобрал концепцию Lean Ethereum, предусматривающую масштабную перестройку протокола.
Напомним, в августе Виталик Бутерин назвал постквантовую безопасность одним из направлений, приоритет которых вырос по сравнению с дорожной картой 2023 года.
В сентябре Ethereum Foundation подтвердила ориентир на декабрь 2029 года и определила ключевые предложения для обновления Hegota.
