Des chercheurs de l'université East Texas A&M ont développé ce qu'ils décrivent comme la première conception post-quantique implémentée et évaluée expérimentalement pour le Lightning Network de Bitcoin. Lightning, la couche de paiement off-chain de Bitcoin, achemine les transactions à travers un réseau de nœuds dont les identités, factures et messages reposent actuellement sur la cryptographie classique. Le système, connu sous le nom de PQLN, protège les fonctions de communication et de paiement off-chain du réseau sans nécessiter aucune modification des règles de consensus de Bitcoin.

La recherche PQLN, publiée par Ahmet Kurt, Abdul-Salem Beibitkhan, Yacoub Hanna et Abdullah Aydeger, couvre cinq surfaces fondamentales de Lightning : le gossip, le transport entre pairs, les factures, les onions de paiement et les offres BOLT 12. L'équipe a implémenté la conception dans rust-lightning et l'a validée avec de vrais nœuds Lightning.

PQLN combine des signatures numériques ML-DSA et un échange de clés ML-KEM avec la cryptographie existante de Lightning. Les deux algorithmes ont été standardisés par l'institut national américain des normes et de la technologie (NIST) en 2024 sous les normes FIPS 204 et FIPS 203, respectivement.

PQLN protège cinq surfaces de Lightning

Lightning repose actuellement fortement sur la cryptographie à courbes elliptiques secp256k1. Un ordinateur quantique suffisamment puissant exécutant l'algorithme de Shor pourrait dériver des clés secrètes à partir de clés publiques exposées, ouvrant la voie à l'usurpation d'identité de nœuds, à la falsification de factures, au déchiffrement du transport et à la désanonymisation des routes de paiement.

Le nouveau système répond à cette exposition quantique existante sur Lightning sans tenter de remplacer la cryptographie on-chain de Bitcoin. PQLN distribue des identités de nœuds post-quantiques via le gossip BOLT 7, ajoute ML-KEM à la négociation de transport BOLT 8, signe les factures BOLT 11 avec ML-DSA et étend les protections post-quantiques aux offres BOLT 12. Les onions de paiement sous BOLT 4 conservent leur format existant, les secrets hybrides ML-KEM étant transportés à leurs côtés.

Les de financement, d'engagement et de pénalité restent hors du périmètre du système. Leurs clés sont ancrées dans les transactions Bitcoin et nécessiteraient des modifications au niveau du protocole Bitcoin pour bénéficier d'une protection équivalente.

Parallèlement, les développeurs de Bitcoin discutent d'approches au niveau du protocole telles que BIP 360, tandis que StarkWare a démontré en août une transaction quantique-sûre sur le mainnet de Bitcoin sans modifier les règles de consensus. PQLN traite la couche applicative Lightning de ce même problème, où les identités, factures et données de routage sont échangées.

La surcharge cryptographique reste inférieure à une milliseconde

Les tests ont révélé que le calcul post-quantique ajoutait relativement peu de temps de traitement. L'opération cryptographique la plus lente mesurée par les chercheurs, la signature ML-DSA, a pris 0,33 milliseconde.

Les paiements sur une connexion Internet émulée de 50 millisecondes ont subi une latence supplémentaire de 19 à 53 millisecondes par saut, la majeure partie de ce délai provenant de la transmission de données post-quantiques plus volumineuses plutôt que des calculs cryptographiques eux-mêmes.

La bande passante et le stockage ont généré un coût nettement plus important. Avec ML-DSA, un nœud PQLN a téléchargé environ 10 fois plus de données de gossip et stocké environ neuf fois plus qu'un nœud non modifié. Appliquées à un réseau comptant environ 33 000 canaux publics, ces mesures impliquent qu'un téléchargement initial de gossip passerait d'environ 26 Mo à environ 270 Mo. Le choix du schéma de signature plus compact FN-DSA-512 a réduit la croissance du gossip à environ quatre fois le niveau actuel. Prises ensemble, ces chiffres indiquent que pour les opérateurs de nœuds, le coût le plus lourd d'une transition post-quantique proviendrait du volume de données plutôt que du calcul.

Les nœuds Lightning existants restent compatibles

Les chercheurs ont testé 12 configurations combinant des nœuds PQLN et des nœuds Lightning standard. Les paiements ont abouti lorsque des nœuds mis à niveau et non modifiés partageaient une route, les connexions revenant à la cryptographie classique lorsque la protection post-quantique n'était pas disponible. Les opérateurs recherchant des garanties plus strictes peuvent plutôt activer un mode qui rejette ces déclassements et interrompt le paiement avant l'envoi d'un HTLC.

L'implémentation open source ajoute environ 11 000 lignes à un fork de recherche de rust-lightning. Ses développeurs décrivent le code comme un artefact de recherche plutôt que comme une version de production, et des tests d'interopérabilité supplémentaires contre Core Lightning, LND et Eclair restent nécessaires. Ces tests constituent l'étape suivante pour déterminer si la conception peut dépasser le stade d'artefact de recherche.

Le NIST a déjà standardisé ML-KEM et ML-DSA et indique que les organisations devraient commencer dès maintenant à migrer hors de la cryptographie à clés publiques vulnérable au quantique. Selon son plan de transition actuel, les algorithmes vulnérables doivent être dépréciés puis finalement supprimés d'ici 2035, les systèmes à plus haut risque devant transitionner plus tôt. Comme PQLN fonctionne sans modification du consensus, il offre à Lightning un moyen d'aligner les communications au niveau des nœuds sur ce calendrier, indépendamment des décisions relatives au protocole de base de Bitcoin.

Source : Crypto Adventure