30% биткоинов под квантовой угрозой: откуда исходит риск?

Автор | Rafael Schultze-Kraft

Перевод | Chopper, Foresight News

Недавние отраслевые исследования сосредоточились на новом типе риска безопасности биткоина: какие биткоины в текущем состоянии хранения подвержены квантовому риску? Ключевой критерий оценки — был ли публичный ключ переведённых монет публично раскрыт в блокчейне. По статистике, в настоящее время 6,04 млн биткоинов подвержены квантовой угрозе, что составляет 30,2% от общего объёма эмиссии; остальные 13,99 млн биткоинов (69,8%) не раскрывали публичный ключ на этапе хранения и в настоящее время не подвержены соответствующему риску. Эти данные в целом согласуются с выводами некоторых недавних исследований.

Мы разделяем такие риски на два типа. Первый — структурный риск: сам тип скрипта раскрывает публичный ключ в выходных данных. Второй — операционный риск: некоторые криптовалюты изначально могли быть защищены, но из-за повторного использования адресов, частичного расходования или действий кастодиальных сервисов публичный ключ был раскрыт, а биткоины остались на этом адресе.

Диаграмма распределения биткоинов, подверженных квантовой угрозе, предоставленная Quantum Safety

1,92 млн биткоинов отнесены к структурному риску, что составляет 9,6% от общего объёма эмиссии; 4,12 млн биткоинов находятся в зоне операционного риска, что составляет 20,6%, из них 1,63 млн биткоинов хранятся на биржах, что указывает на критическую важность правильного использования кошельков и методов хранения активов для снижения риска раскрытия публичных ключей.

В данной статье не делается никаких оценочных суждений, не прогнозируется, когда произойдёт реальная квантовая атака, и не оценивается безопасность или платёжеспособность каких-либо кастодиальных сервисов. Статья лишь количественно оценивает текущее состояние раскрытия публичных ключей в сети с точки зрения данных, разграничивая постоянно высокорисковые активы и активы, риск которых можно снизить путём оптимизации управления кошельками и правил хранения.

Понимание риска раскрытия публичного ключа

Биткоин-активы контролируются приватными ключами, а публичные ключи используются сетью для проверки легитимности подписи приватного ключа. В традиционной криптографической системе невозможно вывести приватный ключ только из публичного ключа, поэтому активы достаточно безопасны.

Основная угроза квантовых компьютеров заключается в их способности использовать алгоритм Шора для вывода соответствующего приватного ключа из известного публичного ключа. Таким образом, соответствующая проблема в блокчейне становится простой и очевидной:

Если публичный ключ раскрыт, то данная криптовалюта уязвима. Злоумышленнику не нужно ждать, пока владелец переведёт криптовалюту, поскольку публичный ключ уже доступен. Если публичный ключ не виден в блокчейне, то согласно этой конкретной модели статического хранения данная криптовалюта в настоящее время не подвержена риску.

Данная статья сосредоточена на риске активов в состоянии хранения, то есть неиспользуемых токенов, чьи публичные ключи уже раскрыты. Это отличается от уязвимости во время перевода: в последнем случае публичный ключ раскрывается только в период трансляции и подтверждения транзакции, что является временным риском на уровне расчётов; первый же представляет собой количественно измеримый запас рисковых активов. Термин «безопасные активы» в данной статье означает лишь активы, не раскрывшие публичный ключ на этапе хранения, и не подразумевает абсолютной квантовой устойчивости ко всем будущим моделям квантовых атак.

Диаграмма распределения квантово-безопасных биткоинов, предоставленная Quantum Safety

Структурная уязвимость: неотъемлемый риск безопасности

Риск этих активов определяется форматом скрипта адреса и не зависит от того, правильно ли пользователь использует кошелёк; им суждено раскрыть публичный ключ в блокчейне. Сюда входят ранние P2PK-адреса эпохи Сатоши, традиционные мультиподписные P2MS-адреса, а также распространённые в настоящее время Taproot-адреса. Эти адреса создавались в разные эпохи и для разных сценариев использования, но у них есть общая черта: по умолчанию они публично раскрывают публичный ключ или эквивалентную информацию о нём в блокчейне. Пока токены не потрачены, они могут стать целью атаки.

В настоящее время мы относим 1,92 млн биткоинов (9,6% от общего объёма эмиссии) к категории структурного риска. Эти биткоины можно дополнительно разделить на три различные части:

Распределение структурного риска биткоина

Токены Сатоши и ранних блоков: это активы с постоянным структурным риском; если активы утеряны или держатели стали неактивными, их практически невозможно мигрировать на безопасные адреса, и если только вся сеть не достигнет консенсуса о проведении корректировки на уровне протокола, они навсегда останутся подвержены квантовому риску.

Taproot-адреса: сам этот скрипт обладает преимуществами высокой конфиденциальности, эффективности переводов и гибкости смарт-контрактов и не является конструктивным недостатком. Однако с точки зрения раскрытия публичного ключа Taproot-адреса напрямую раскрывают ключ, создавая квантовый риск при хранении.

Предложенное отраслью решение BIP-360 P2MR может устранить высокорисковый путь ключа, сохранив функциональность Taproot, чтобы смягчить подобный вред, но оно не может автоматически мигрировать существующие Taproot-активы и не является полным окончательным решением квантовой устойчивости.

Короче говоря, среди 1,92 млн структурно рисковых активов некоторые трудно мигрировать, в то время как другие можно постепенно оптимизировать для избежания риска с помощью новых протоколов и стандартов.

Операционная уязвимость: привычки использования приводят к брешам в безопасности

Эти адреса сами по себе обладают способностью защиты конфиденциальности и изначально не раскрывают публичный ключ. Однако из-за неправильных действий пользователя публичный ключ раскрывается в процессе перевода, в результате чего оставшиеся активы теряют защиту.

Это проблема повторного использования адресов. Такие типы выходных данных, как 2PKH, P2SH, P2WPKH и P2WSH, могут скрывать публичный ключ с помощью хеш-значения, пока токены находятся в статическом состоянии. Однако как только публичный ключ раскрывается в процессе расходования, любой остаток или будущий остаток, связанный с этим публичным ключом, теряет такую защиту.

Операционная уязвимость является основным источником текущего квантового риска биткоина и составляет в общей сложности 4,12 млн монет, что в 2,1 раза превышает размер структурно рисковых активов. Это также подтверждает, что подавляющее большинство текущего квантового риска биткоина проистекает не из унаследованных проблем раннего дизайна скриптов, а из-за неправильного управления ключами и использования адресов пользователями.

Среди операционно рисковых активов доля биткоинов, хранящихся на биржах, очень высока и составляет в общей сложности 1,66 млн монет, что составляет 40% от всех операционно рисковых остатков биткоинов. Данные показывают, что риск биржевых активов сильно различается: среди биткоинов, хранящихся на маркированных биржах, около половины уязвимы, тогда как для биткоинов, не хранящихся на биржах, эта доля составляет менее 30%.

Распределение предложения биткоинов с операционным риском

Уровень уязвимости основных крупных учреждений значительно различается. Некоторые кастодиальные сервисы имеют относительно низкий риск, в то время как другие держат большую долю остатков на адресах с известными публичными ключами.

Низкий риск: у Coinbase только 5% активов под хранением подвержены раскрытию публичного ключа; коэффициент квантового риска государственных казначейств (США, Великобритания, Сальвадор) составляет 0%.

Средний риск: у Fidelity и CashApp около 2%, а у Grayscale около 50%.

Высокий риск: Binance 85%, Bitfinex 100%, все активы под хранением Robinhood и WisdomTree подвержены риску раскрытия публичного ключа.

Примечание: эти данные отражают только следы хранения активов в блокчейне и не являются основанием для рейтинга риска учреждений или оценки платёжеспособности.

С точки зрения долгосрочной тенденции правительства сохраняют коэффициент безопасного хранения выше 99% в течение всего года; однако у бирж из-за частых движений средств и сложной структуры кошельков доля безопасных активов снизилась с 55% в 2018 году до нынешних 45%. Тем не менее эти риски вполне можно улучшить; достаточно соблюдать базовые нормы, такие как отказ от повторного использования адресов и своевременный перевод сдачи, чтобы быстро сократить масштаб уязвимости.

Распределение операционно безопасного предложения биткоинов по типам организаций

Вывод

Квантовый риск биткоина можно разделить на различные типы, каждый из которых имеет разное влияние.

Структурный риск: миграция унаследованных ранних токенов чрезвычайно сложна, в то время как новые протоколы, такие как P2MR, могут постепенно оптимизировать риск современных Taproot-адресов;

Операционный риск: он масштабнее и более управляем, большое количество запасных активов, хранящихся на биржах, имеет условия для масштабной миграции рисков.

Отсюда видно, что квантовая безопасность биткоина зависит не только от обновления базового сетевого протокола; большое количество существующих рисковых активов на рынке может быть эффективно снижено за счёт текущих операционных корректировок. Для бирж и профессиональных кастодиальных сервисов стандартизация использования адресов, оптимизация структуры резервных активов, сокращение повторного использования ключей и разработка планов миграции активов — это не далёкая фантазия, а реальные меры, которые можно реализовать уже сейчас для эффективного снижения квантового риска.