Исследователи из AmericanFortress предложили криптографическую систему, предназначенную для защиты Bitcoin и других блокчейн-кошельков от будущих атак квантовых вычислений без необходимости менять существующие адреса кошельков.

AmericanFortress, компания из штата Вайоминг, специализирующаяся на безопасности блокчейна, постквантовой криптографии и инфраструктуре цифровых активов, изложила свой подход в статье под названием «ZKPoSP: Post-Quantum Zero-Knowledge Proofs for Hierarchical Deterministic Wallets». Система заменяет традиционные цифровые подписи на эллиптических кривых доказательствами с нулевым разглашением, сохраняя полную совместимость со стандартами иерархически детерминированных кошельков, которые лежат в основе большинства современных криптовалютных кошельков.

Исследование сосредоточено на том, что эксперты называют «Q-Day» — ожидаемом моменте, когда отказоустойчивый квантовый компьютер сможет запустить алгоритм Шора для вычисления приватных ключей из публичных. Такой прорыв подорвёт криптографию на эллиптических кривых, которая обеспечивает безопасность Bitcoin и множества других блокчейнов. Хотя криптографически значимые квантовые компьютеры пока не существуют, Национальный институт стандартов и технологий США завершил разработку своих первых стандартов постквантовой криптографии в августе 2024 года, что свидетельствует о том, что правительства и индустрия считают угрозу достаточно серьёзной для начала масштабной подготовки.

«Недавние достижения в области квантового оборудования, включая процессор Google Willow, существенно сократили сроки появления криптографически значимых квантовых компьютеров», — написали исследователи. «В условиях блокчейна, где адреса и стандарты деривации ключей, такие как BIP32, BIP44 и SLIP-10, являются основной инфраструктурой управления кошельками, квантовый компьютер, выполняющий алгоритм Шора, может восстановить любой приватный ключ эллиптической кривой по соответствующему публичному ключу, угрожая каждому кошельку, используемому в настоящее время».

Вместо того чтобы требовать от пользователей перевода средств на новые квантово-устойчивые адреса, предложенная система заменяет цифровые подписи доказательствами с нулевым разглашением, которые подтверждают владение сид-фразой кошелька. Поскольку сама сид-фраза остаётся секретной, авторы утверждают, что законные владельцы смогут доказать контроль над своими кошельками даже в случае компрометации отдельных приватных ключей квантовым противником.

В статье представлены два ключевых компонента: ZKPoSP (Zero-Knowledge Proof of Seed Provenance) и QBIP32 — схема деривации ключей, разработанная для поддержки нескольких эллиптических кривых при сохранении совместимости с существующими иерархически детерминированными кошельками. Согласно исследованию, команда AmericanFortress реализовала систему на языке Rust с использованием виртуальной машины доказательств с нулевым разглашением RISC Zero. Тестовые замеры прототипа показали время генерации доказательств примерно 12–13 секунд и время верификации около 9–10 миллисекунд. В статье также описан режим работы post-Q-Day, который сокращает время доказательства для определённых операций.

Исследование пока не принято ни одной блокчейн-сетью. Любое практическое внедрение потребовало бы скоординированного принятия со стороны разработчиков, провайдеров кошельков, бирж, майнеров и конечных пользователей — препятствие, которое исторически делало даже скромные изменения протокола Bitcoin, такие как многолетние дебаты, предшествовавшие активации SegWit в 2017 году, предметом острых разногласий.

Bitcoin сталкивается с особенно острой квантовой уязвимостью, поскольку трата монет раскрывает их публичные ключи в блокчейне. Достаточно мощный квантовый компьютер мог бы использовать эти раскрытые публичные ключи для вычисления приватных ключей и подделки действительных подписей транзакций.

Данная статья — последняя в серии отраслевых инициатив, направленных на подготовку блокчейн-сетей к постквантовому будущему. Ранее в этом месяце Project Eleven предложил постквантовый механизм восстановления, позволяющий пользователям доказать владение Bitcoin-кошельком с помощью сид-фраз, а не цифровых подписей после Q-Day. В марте BTQ Technologies выпустила первую рабочую реализацию BIP-360 на выделенном тестнете «Bitcoin Quantum» для оценки квантово-устойчивых форматов транзакций.

В мае аналитическая фирма Glassnode оценила, что примерно 6,04 миллиона Bitcoin — около 30% от находящихся в обращении — уже имеют публично раскрытые ключи. В том же месяце Министерство торговли США объявило о выделении более 2 миллиардов долларов на финансирование компаний, занимающихся квантовыми вычислениями, и производственных инициатив.

На прошлой неделе крупные участники отрасли, включая BlackRock, Coinbase, Strategy, Fidelity Digital Assets, Galaxy и другие, сформировали Bitcoin Security Consortium, обязавшись выделить 15 миллионов долларов в течение трёх лет на поддержку исследований безопасности Bitcoin и защиту от квантовых атак.