ضيّقت Blockstream Research خيارات التواقيع العملية المقاومة للحوسبة الكمية لبيتكوين بعد استبعاد Hawk، وهو تصميم مدمج قائم على الشبكات فقد مصداقيته عقب الكشف عن ضعف بنيوي جديد. ويترك تقييمها Falcon وDilithium كأبرز المرشحين القائمين على الشبكات، مع مفاضلات مرتبطة ببيتكوين تنقسم بوضوح بين حجم المعاملات وأمان التنفيذ وسرعة التحقق وتوافق المحافظ.
يضع التقرير انهيار Hawk في صميم المقارنة. فقد جذب Hawk الانتباه بسبب صغر حجم التواقيع وانخفاض متطلبات الذاكرة، وهي مزايا كانت ستحد من التكلفة على السلسلة لترقية مقاومة للحوسبة الكمية. ووجد بحث أجراه Straznickas وWeis مشكلة بنيوية تقلل بُعد مشكلة أقصر متجه الفعّال المتاح لاستعادة المفاتيح إلى نحو نصف المستوى الذي افترضه مصممو Hawk، مما خفّض هامش الأمان المقدر له.
قالت Blockstream Research إن الباحثين عرضوا هجوماً متكاملاً لاستعادة المفاتيح ضد معلمات التحدي المسماة HAWK-256. ولم يثبت العمل وجود اختراقات عملية مماثلة ضد مجموعات المعلمات الرسمية HAWK-512 وHAWK-1024. ومع ذلك، سحب فريق Hawk لاحقاً طلبه من عملية ما بعد الحوسبة الكمية التابعة للمعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتقنية، وفقاً للتقييم.
إن معالجة الضعف عبر زيادة كبيرة في معلمات Hawk كانت ستقوض كفاءة المساحة التي جعلته جذاباً. فقد كان Hawk-512 يوفر توقيعاً بحجم 555 بايت ومتطلب ذاكرة للموقّع يبلغ نحو 6 كيلوبايت. وخلصت Blockstream Research إلى أن التصميم لم يعد خياراً عملياً لتخطيط بيتكوين.
تُقاس مشكلة انتقال بيتكوين بعقود
تستخدم بيتكوين حالياً توقيعات Schnorr وECDSA لتفويض المعاملات. وكلاهما عرضة من حيث المبدأ لخوارزمية Shor، وهي النتيجة في مجال الحوسبة الكمية التي نشرها بيتر شور عام 1994، والتي قد تتمكن من حل المشكلات الرياضية التي تقوم عليها أنظمة التشفير بالمفاتيح العامة واسعة الاستخدام إذا أصبحت أجهزة الحوسبة الكمية الكافية متاحة.
تتعامل Blockstream Research مع القضية باعتبارها مشكلة هجرة وهندسة وليست حالة طوارئ وشيكة على مستوى البروتوكول. يمكن أن تظل مخرجات Bitcoin غير منفقة لعقود، لذا يجادل التقرير بأن أي بديل مستقبلي يجب أن يستهدف على الأقل فئة الأمان Level 3 الخاصة بـ NIST. يخلق هذا المعيار توتراً مباشراً بين هامش التشفير ومساحة البلوك تشين: ويقدّر التقييم أن رفع Dilithium من Level 2 إلى Level 3 يضيف نحو 1.5 كيلوبايت إلى بيانات المفتاح العام والتوقيع مجتمعة.
قيّم الباحثون المخططات وفق أربعة قيود تشغيلية: التكلفة على السلسلة، وتعقيد التنفيذ، ومخاطر النشر، وإمكانات التطوير على المدى الطويل. تصبح المفاتيح العامة والتوقيعات بيانات معاملات عند إنفاق العملات، ما يجعل حجمها ذا أهمية خاصة في شبكة يتحقق فيها كل عقدة كاملة بشكل مستقل من كل توقيع.
تحمل مخاوف التنفيذ الوزن نفسه. يمكن أن تؤدي التصاميم التشفيرية التي تعتمد على الحسابات ذات الفاصلة العائمة أو أخذ العينات الغاوسي الدقيق إلى سلوك خاص بالمنصة أو التعرض لهجمات القنوات الجانبية أو أخطاء في الصحة. تضيف المحافظ المادية قيداً آخر لأن موارد الذاكرة والمعالجة لديها محدودة مقارنة بأنظمة سطح المكتب.
يوفر Dilithium هندسة أكثر أماناً مقابل تكلفة كبيرة في المساحة
برز Dilithium، الذي قامت NIST بتوحيده تحت اسم ML-DSA في FIPS 204، كمرشح أبسط من ناحية التنفيذ. يستخدم المخطط حسابات تعتمد على الأعداد الصحيحة فقط أثناء التوقيع والتحقق، متجنباً تحديات الفاصلة العائمة وأخذ العينات المرتبطة بـ Falcon.
تأتي ميزة التنفيذ هذه مع بصمة كبيرة على السلسلة. عند مستوى NIST Level 3، تستخدم مجموعة المعلمات ML-DSA-65 مفتاحاً عاماً بحجم 1,952 بايت وتوقيعاً بحجم 3,309 بايت، بإجمالي 5,261 بايت. وتقدّر Blockstream Research أن هذا أكبر بنحو 55 مرة من البصمة الحالية الأصلية للمفتاح العام مع التوقيع في Bitcoin.
سيؤثر مثل هذا التوسع على إنشاء المعاملات بشكل أكثر مباشرة من التغييرات المعتادة في معدلات الرسوم. تُدفع رسوم Bitcoin وفقاً لوزن المعاملة، ونظام التوقيع الذي يضيف عدة كيلوبايت لكل عملية إنفاق سيجعل أنماط الإنفاق الشائعة أكبر بشكل ملحوظ. ستختلف التكلفة بحسب ظروف الرسوم والبنية الأوسع للمعاملة، لكن عبء البيانات الأساسي سيظل ثابتاً وفقاً لاختيار نظام التوقيع.
يمتلك Dilithium ميزة أخرى في الأبحاث الخاصة ببيتكوين. فقد كان المرشح الشبكي الوحيد في المراجعة الذي لديه مجموعة أعمال قريبة الأجل تستهدف اشتقاق المفاتيح الهرمي الحتمي بأسلوب BIP-32 عبر مفاتيح قابلة لإعادة العشوائية. يتيح الاشتقاق الهرمي للمحافظ إنشاء العديد من العناوين من بذرة رئيسية دون كشف المواد الخاصة.
فحص التقرير مقترحات تشمل DilithiumRK وDilithiumRKS، لكنه لم يجد أيًا منها جاهزًا للنشر. تفتقر بعض المتغيرات إلى براهين الأمان اللازمة، بينما يتطلب البعض الآخر تغييرات على قواعد التحقق. كما تعتمد التصاميم على مصفوفة مشتركة عالميًا، ما يربط العديد من المفاتيح بمثيل تشفيري مشترك ويخلق اعتبارًا إضافيًا عند النشر.
يحافظ Falcon على مساحة الكتل لكنه يفرض تحديات على المحافظ
يوفر Falcon، الذي اختاره NIST تحت اسم FN-DSA، المسار الأكثر ضغطًا بين خياري الشبكات المتبقيين. تسرد Blockstream Research حجمًا إجماليًا للمفتاح العام والتوقيع يبلغ 1,563 بايت لـ Falcon-512 و3,073 بايت لـ Falcon-1024.
لا يمتلك Falcon مجموعة معلمات بمستوى NIST 3. تتوافق الخيارات المتاحة مع المستوى 1 والمستوى 5، ما يدفع مطوري بيتكوين نحو Falcon-1024 إذا كانوا يفضلون هامش أمان أعلى للمخرجات طويلة الأجل. وحتى عند هذا الإعداد، يبقى الحجم الإجمالي لبيانات Falcon-1024 أقل بشكل ملحوظ من 5,261 بايت الخاصة بـ ML-DSA-65.
تكمن عيوبه الرئيسية في التوقيع. تستخدم تطبيقات Falcon التقليدية عمليات الفاصلة العائمة في مجال فورييه أثناء أخذ العينات، ما قد ينتج نتائج مختلفة عبر بيئات الأجهزة والبرمجيات. وصفت Blockstream Research بديلاً حتميًا يحاكي السلوك المطلوب باستخدام الحسابات الصحيحة. والمقايضة هنا هي الأداء: يصبح التوقيع أبطأ بنحو 15 مرة ويصبح توليد المفاتيح أبطأ بنحو الضعف، وفقًا للتقييم.
يبدو التحقق أكثر ملاءمة. يصف التقرير عملية التحقق في Falcon بأنها حتمية وتعتمد على الأعداد الصحيحة فقط وهي الأسرع بين المرشحين الذين تمت مراجعتهم. وتكتسب هذه الميزة أهمية في بيتكوين لأن المنفق يوقّع مرة واحدة، بينما تتحقق العقد الكاملة في الشبكة من التوقيع بشكل مستقل.
لا تزال الذاكرة مصدر قلق عملي للأجهزة محدودة الموارد. يمكن لـ Falcon-1024 استخدام شجرة أخذ عينات محسوبة مسبقًا تتطلب نحو 90 كيلوبايت. ويؤدي إعادة بناء هذا الهيكل ديناميكيًا إلى خفض استخدام الذاكرة إلى حوالي 16 كيلوبايت، لكنه يضاعف وقت التوقيع.
لا يزال اشتقاق المفاتيح والتوحيد القياسي دون حل
وفقًا للمراجعة، يفتقر Falcon أيضًا إلى نهج اشتقاق عملي بأسلوب BIP-32. وكان البناء العام الوحيد الذي تمت دراسته سيؤدي إلى توسيع التواقيع على السلسلة إلى نحو 23.7 كيلوبايت عبر إعادة العشوائية للأساس الخاص وزيادة حد المعيار. وقالت Blockstream Research إن المعلمات المقترحة لا تستوفي شروط الأمان الخاصة بالمخطط نفسه، بينما سيؤدي تصحيحها إلى زيادة الحجم أكثر.
لم يصل FN-DSA نفسه بعد إلى مرحلة الإنهاء النهائي، مما يترك التنفيذات المدققة ومتجهات الاختبار الرسمية ودعم الأجهزة الواسع غير مكتملة. كما ناقش التقرير Falcon-WS، وهو متغير غير قياسي بأحجام مجمعة تبلغ 1,114 بايت في المستوى 1 و2,387 بايت في المستوى 5. يقع Falcon-WS خارج مسار المعايير الرسمي ويحتاج إلى مزيد من الفحص بعد أعمال سابقة اكتشفت خللًا في إثبات عدم القابلية القوية للتزوير، رغم أن عدم القابلية العادية للتزوير لم يتأثر.
يفضل موقف Blockstream Research على المدى القريب التواقيع المعتمدة على التجزئة كمسار انتقال أقل مخاطرة بينما تنضج مخططات الشبكات. كما نظر في التركيبات الهجينة التي قد تجمع بين توقيع قائم على الشبكات وبديل قائم على التجزئة، بما في ذلك مسارات الاسترداد التي يُستبدل فيها توقيع SPHINCS+ الكبير بـ Falcon أو Falcon-WS لعمليات الاسترداد غير المتكررة.
لا يحدد التقييم مخطط توقيع نهائيًا لبيتكوين. وبدلًا من ذلك، يوضح الاختيار الحالي بوضوح: يقلل Dilithium من مخاطر التنفيذ لكنه يفرض تكلفة بيانات كبيرة ودائمة، بينما يوفر Falcon معاملات أصغر بكثير وتحققًا سريعًا للشبكة لكنه يتطلب حلولًا للتوقيع الحتمي وحدود ذاكرة المحافظ والتوحيد القياسي واشتقاق المفاتيح الهرمي.
لتعميق فهمك لأمان المعاملات في عصر الحوسبة الكمية، استكشف دليلنا هنا التالي.
إخلاء المسؤولية: يتم توفير المحتوى الموجود في هذه الصفحة لأغراض معلوماتية عامة فقط ولا يمثل آراء أو نصائح مالية من Toobit. نحن لا نقدم أي ضمانات بشأن دقة أو اكتمال هذه المعلومات ولن نتحمل المسؤولية عن أي أخطاء أو سهو أو نتائج ناتجة عن استخدامها. ينطوي الاستثمار في الأصول الرقمية على مخاطر؛ ويجب على المستخدمين تقييم وضعهم المالي والمخاطر المعنية بشكل مستقل. لمزيد من التفاصيل، يرجى الرجوع إلى شروط الخدمة و الإفصاح عن المخاطر.
