I ricercatori di AmericanFortress hanno proposto un sistema crittografico progettato per proteggere i wallet Bitcoin e di altre blockchain dai futuri attacchi di quantum computing senza richiedere agli utenti di modificare i propri indirizzi wallet esistenti.

AmericanFortress, un'azienda con sede nel Wyoming specializzata in sicurezza blockchain, crittografia post-quantistica e infrastrutture per asset digitali, ha delineato il proprio approccio in un paper intitolato "ZKPoSP: Post-Quantum Zero-Knowledge Proofs for Hierarchical Deterministic Wallets". Il sistema sostituisce le tradizionali firme digitali a curva ellittica con prove a conoscenza zero, mantenendo la piena compatibilità con gli standard di wallet gerarchico deterministico che stanno alla base della maggior parte dei moderni wallet di criptovalute.

La ricerca si concentra su ciò che gli esperti definiscono "Q-Day": il momento previsto in cui un computer quantistico tollerante ai guasti diventerà capace di eseguire l'algoritmo di Shor per derivare le chiavi private dalle chiavi pubbliche. Una tale scoperta minerebbe la crittografia a curva ellittica che protegge Bitcoin e numerose altre blockchain. Sebbene computer quantistici con rilevanza crittografica non esistano ancora, il U.S. National Institute of Standards and Technology ha finalizzato i primi standard di crittografia post-quantistica nell'agosto 2024, segnalando che governi e industria considerano la minaccia abbastanza seria da iniziare una preparazione su larga scala.

"I recenti progressi nell'hardware quantistico, inclusi il processore Willow di Google, hanno considerevolmente ridotto i tempi per l'arrivo di computer quantistici con rilevanza crittografica", hanno scritto i ricercatori. "Nel contesto blockchain, dove gli indirizzi e gli standard di derivazione delle chiavi come BIP32, BIP44 e SLIP-10 costituiscono l'infrastruttura dominante per la gestione dei wallet, un computer quantistico che esegue l'algoritmo di Shor può recuperare qualsiasi chiave privata a curva ellittica dalla corrispondente chiave pubblica, minacciando ogni wallet attualmente in produzione".

Anziché costringere gli utenti a migrare i fondi verso nuovi indirizzi resistenti agli attacchi quantistici, il sistema proposto sostituisce le firme digitali con prove a conoscenza zero che verificano la proprietà della frase seed di un wallet. Poiché la frase seed stessa rimane segreta, gli autori sostengono che i legittimi proprietari potrebbero ancora dimostrare il controllo dei propri wallet anche se le singole chiavi private venissero compromesse da un avversario quantistico.

Il paper introduce due componenti chiave: ZKPoSP (Zero-Knowledge Proof of Seed Provenance) e QBIP32, uno schema di derivazione delle chiavi progettato per supportare curve ellittiche multiple rimanendo compatibile con i wallet gerarchici deterministici esistenti. Secondo lo studio, il team di AmericanFortress ha implementato il sistema in Rust utilizzando la macchina virtuale a conoscenza zero RISC Zero. I benchmark del prototipo hanno mostrato tempi di generazione delle prove di circa 12-13 secondi e tempi di verifica di circa 9-10 millisecondi. Il paper descrive inoltre una modalità operativa post-Q-Day che riduce i tempi di prova per determinate operazioni.

La ricerca non è ancora stata adottata da alcuna rete blockchain. Qualsiasi implementazione nel mondo reale richiederebbe un'adozione coordinata tra sviluppatori, provider di wallet, exchange, miner e utenti finali, un ostacolo che storicamente ha reso anche modeste modifiche al protocollo Bitcoin, come il dibattito pluriennale precedente l'attivazione di SegWit nel 2017, profondamente conflittuali.

Bitcoin affronta una vulnerabilità quantistica particolarmente acuta perché la spesa dei coin espone le relative chiavi pubbliche on-chain. Un computer quantistico sufficientemente potente potrebbe sfruttare quelle chiavi pubbliche esposte per derivare le chiavi private e falsificare firme di transazione valide.

Questo paper è l'ultimo di un'onda di iniziative di settore volte a preparare le reti blockchain a un futuro post-quantistico. All'inizio di questo mese, Project Eleven ha proposto un meccanismo di recupero post-quantistico che consentirebbe agli utenti di dimostrare la proprietà dei wallet Bitcoin attraverso le frasi seed anziché tramite firme digitali dopo il Q-Day. A marzo, BTQ Technologies ha rilasciato la prima implementazione funzionante di BIP-360 su un testnet dedicato "Bitcoin Quantum" per valutare formati di transazione resistenti agli attacchi quantistici.

A maggio, la società di analisi blockchain Glassnode ha stimato che circa 6,04 milioni di Bitcoin, pari a circa il 30% dell'offerta circolante, hanno già chiavi pubblicamente esposte. Nello stesso mese, il U.S. Department of Commerce ha annunciato oltre 2 miliardi di dollari di finanziamenti per aziende di quantum computing e iniziative di produzione.

La scorsa settimana, i principali partecipanti del settore tra cui BlackRock, Coinbase, Strategy, Fidelity Digital Assets, Galaxy e altri hanno formato il Bitcoin Security Consortium, impegnando 15 milioni di dollari in tre anni a supporto della ricerca sulla sicurezza di Bitcoin e della difesa contro gli attacchi quantistici.