Investigadores de AmericanFortress han propuesto un sistema criptográfico diseñado para proteger las billeteras de Bitcoin y otras blockchains de futuros ataques de computación cuántica sin requerir que los usuarios cambien sus direcciones de billetera existentes.

AmericanFortress, una empresa con sede en Wyoming especializada en seguridad blockchain, criptografía poscuántica e infraestructura de activos digitales, describió su enfoque en un artículo titulado "ZKPoSP: Post-Quantum Zero-Knowledge Proofs for Hierarchical Deterministic Wallets". El sistema reemplaza las firmas digitales tradicionales de curva elíptica por pruebas de conocimiento cero, manteniendo plena compatibilidad con los estándares de billeteras jerárquicas deterministas que sustentan la mayoría de las billeteras de criptomonedas modernas.

La investigación se centra en lo que los expertos llaman "Q-Day": el momento anticipado en que una computadora cuántica tolerante a fallas sea capaz de ejecutar el algoritmo de Shor para derivar claves privadas a partir de claves públicas. Un avance de este tipo socavaría la criptografía de curva elíptica que protege a Bitcoin y a muchas otras blockchains. Aunque aún no existen computadoras cuánticas criptográficamente relevantes, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. (NIST) finalizó sus primeros estándares de criptografía poscuántica en agosto de 2024, lo que indica que los gobiernos y la industria consideran la amenaza lo suficientemente seria como para comenzar una preparación generalizada.

"Los recientes avances en hardware cuántico, incluido el procesador Willow de Google, han reducido sustancialmente el plazo para llegar a computadoras cuánticas criptográficamente relevantes", escribieron los investigadores. "En el ámbito de las blockchains, donde las direcciones y los estándares de derivación de claves como BIP32, BIP44 y SLIP-10 son la infraestructura dominante para la gestión de billeteras, una computadora cuántica que ejecute el algoritmo de Shor puede recuperar cualquier clave privada de curva elíptica a partir de la clave pública correspondiente, amenazando a todas las billeteras en producción en la actualidad."

En lugar de obligar a los usuarios a migrar sus fondos a nuevas direcciones resistentes a ataques cuánticos, el sistema propuesto sustituye las firmas digitales por pruebas de conocimiento cero que verifican la propiedad de la frase semilla de una billetera. Dado que la frase semilla en sí permanece secreta, los autores sostienen que los propietarios legítimos podrían seguir demostrando el control de sus billeteras incluso si las claves privadas individuales se ven comprometidas por un adversario cuántico.

El artículo presenta dos componentes clave: ZKPoSP (Prueba de Conocimiento Cero de Procedencia de Semilla) y QBIP32, un esquema de derivación de claves diseñado para admitir múltiples curvas elípticas manteniendo la compatibilidad con las billeteras jerárquicas deterministas existentes. Según el estudio, el equipo de AmericanFortress implementó el sistema en Rust utilizando la máquina virtual de conocimiento cero RISC Zero. Las pruebas de prototipo mostraron tiempos de generación de pruebas de aproximadamente 12 a 13 segundos y tiempos de verificación de unos 9 a 10 milisegundos. El artículo también detalla un modo de operación pos-Q-Day que reduce el tiempo de generación de pruebas para ciertas operaciones.

La investigación aún no ha sido adoptada por ninguna red blockchain. Cualquier despliegue en el mundo real requeriría una adopción coordinada entre desarrolladores, proveedores de billeteras, exchanges, mineros y usuarios finales, un obstáculo que históricamente ha hecho que incluso cambios modestos en el protocolo de Bitcoin, como el debate de varios años que precedió a la activación de SegWit en 2017, sean profundamente controvertidos.

Bitcoin enfrenta una vulnerabilidad cuántica particularmente aguda porque gastar monedas expone sus claves públicas en la cadena. Una computadora cuántica suficientemente potente podría aprovechar esas claves públicas expuestas para derivar claves privadas y falsificar firmas de transacciones válidas.

Este artículo es el más reciente en una ola de iniciativas de la industria destinadas a preparar a las redes blockchain para un futuro poscuántico. A principios de este mes, Project Eleven propuso un mecanismo de recuperación poscuántico que permite a los usuarios demostrar la propiedad de una billetera de Bitcoin mediante frases semilla en lugar de firmas digitales después del Q-Day. En marzo, BTQ Technologies lanzó la primera implementación funcional de BIP-360 en una testnet dedicada llamada "Bitcoin Quantum" para evaluar formatos de transacciones resistentes a ataques cuánticos.

En mayo, la firma de análisis blockchain Glassnode estimó que aproximadamente 6.04 millones de Bitcoin, es decir, alrededor del 30% de la oferta en circulación, ya tienen claves públicamente expuestas. Ese mismo mes, el Departamento de Comercio de EE. UU. anunció más de $2 mil millones en financiamiento para empresas de computación cuántica e iniciativas de fabricación.

La semana pasada, importantes participantes de la industria, entre ellos BlackRock, Coinbase, Strategy, Fidelity Digital Assets, Galaxy y otros, formaron el Consorcio de Seguridad de Bitcoin (Bitcoin Security Consortium), comprometiendo $15 millones durante tres años para apoyar la investigación en seguridad de Bitcoin y la defensa contra ataques cuánticos.