Проблемы постквантовой криптографии
Обновление блокчейнов до постквантовой криптографии часто приводит к серьезным заторам в сети, высоким комиссиям за газ и увеличению объема данных из-за больших размеров подписей и доказательств с нулевым разглашением. Compact Shielded Client-Side Validation (CSV) решает эту проблему, убирая подписи из блокчейна и перемещая хранение данных и верификацию на устройства конечных пользователей.
Угроза квантовых вычислений
На протяжении многих лет криптографическое сообщество предупреждало о надвигающейся коллизии между квантовыми вычислениями и блокчейн-технологиями. Математика, стоящая за этой угрозой, проста: алгоритмы с открытым ключом, такие как ECDSA, которые защищают все, от транзакций биткойнов до смарт-контрактов, перестанут обеспечивать адекватную безопасность, когда квантовое оборудование станет зрелым.
Проблемы существующих решений
Тем не менее, предложенные решения часто казались почти столь же опасными, как и сама угроза. Постквантовые криптографические схемы регулярно создают громоздкие подписи и огромные доказательства с нулевым разглашением (ZK) — взрыв данных, который угрожает заблокировать пиринговые сети, перегрузить майнеров и повысить комиссии за транзакции.
Compact Shielded Client-Side Validation
Однако новая архитектурная парадигма обещает разорвать этот нулевой компромисс между квантовой безопасностью и масштабируемостью сети. Пионером Compact Shielded Client-Side Validation (CSV) стал исследователь в области криптографии Драгош Илие вместе с командой из Имперского колледжа Лондона, продемонстрировав, что переход на постквантовую криптографию не требует принятия чрезмерных комиссий за газ или медленной работы сети.
Новая криптографическая конструкция
В центре проблемы масштабируемости квантов лежит традиционный выбор дизайна: хранение тяжелых цифровых подписей в публичном реестре для проверки каждым полным узлом. Compact Shielded CSV полностью отказывается от подписей в блокчейне, заменяя их новой криптографической конструкцией, называемой degriefer.
«Degriefer — это просто хеш нулевика монеты, секретного ключа владельца и транзакции, расходующей монету,» объяснил Илие.
На практике транзакция с одним входом, записанная в блокчейне, состоит из трех кратких 32-байтовых хешей, в сумме всего 96 байт: нулевик для предотвращения двойных расходов, обязательство по транзакции и сам degriefer.
Безопасность и верификация
Поскольку создание сопутствующего ZK-доказательства требует секретного ключа владельца в качестве приватного входа, злонамеренные ретрансляторы и фронтраннеры оказываются математически заблокированными.
«Атакующий может фронтранить транзакцию, но он не может создать действительное ZK-доказательство, так что он точно не сможет извлечь из этого выгоду,» отметил Илие.
Более того, если атакующий транслирует конфликтующую транзакцию, чтобы задержать расход, законный владелец может легко разоблачить эту попытку.
«Пользователь может ZK-доказать, что фронтранная транзакция является недействительной попыткой злоупотребления, показав, что его фактический секретный ключ, хешированный с нулевиком и транзакцией атакующего, не производит degriefer, опубликованный атакующим,» подчеркнул Илие.
Преимущества для конечного пользователя
Таким образом, вместо того чтобы заставлять каждый узел по всему миру загружать, выполнять и архивировать каждую часть истории транзакций навсегда, Compact Shielded CSV переносит ответственность за хранение и верификацию данных доказательства на конкретных пользователей, участвующих в транзакции. С точки зрения конечного пользователя, работа с кошельком на Compact Shielded CSV ощущается аналогично использованию легковесного клиента Bitcoin SPV.
«Ему просто нужно подключение хотя бы к одному честному узлу,» сказал Илие.
Чтобы подтвердить входящий платеж, кошелек проверяет публичные параметры доказательства с данными в блокчейне и локально валидирует ZK-доказательство.
«Например, для ZK-доказательства STARK, даже на телефоне, [верификация] занимает менее 100 миллисекунд,» добавил он.
Эффективность и масштабируемость
Генерация доказательства исходящего платежа требует немного больше вычислений, но Илие ожидает, что это ускорится по мере совершенствования схем доказательства. Критически важно, что поскольку архитектура полагается на рекурсивные доказательства постоянного размера, историческая глубина транзакций никогда не наказывает конечного пользователя.
«Доказательства действительно больше, чем подписи, и медленнее в генерации и верификации, но это лишь бремя, когда вся сеть должна их хранить и валидировать. Поскольку это протокол верификации на стороне клиента, каждый пользователь хранит, проверяет и доказывает только те монеты, которые ему лично важны, что очень управляемо,» заметил Илие.
Чтобы поставить объем хранения в перспективу, Илие сказал, что
«фото на вашем телефоне в 20–40 раз больше, чем одно доказательство,» добавив, что отправка платежей требует «меньше пропускной способности и хранения, чем отправка фотографии.»
Заключение
По мере роста историй транзакций традиционные устройства на краю часто страдают от увеличения объема данных. Однако в рамках Compact Shielded CSV легкие клиенты не хранят никакой истории транзакций, кроме доказательств постоянного размера для своих собственных нерасходованных монет.
«Для всего остального, например, чтобы проверить, имеет ли нулевик конфликтующий расход, он просто запрашивает полные или архивные узлы,» отметил Илие, добавив, что «рост истории не влияет на размер доказательств или время верификации вообще.»
Вопреки преобладающему мнению о том, что квантовая устойчивость приводит к высокой загруженности сети и дорогим комиссиям, Илие утверждает, что Compact Shielded CSV значительно более эффективен, чем сегодняшние неквантовые сети:
«Удивительно, но наша схема гораздо легче и быстрее, чем даже традиционные цепочки, а не тяжелее. У нас будут гораздо более низкие комиссии за транзакции и гораздо меньше загруженности сети, не только будучи полностью постквантовыми, но и по сравнению с текущей ситуацией.»
