Bitcoin kuantum riski için kurtarma kanıtı geliştirildi

Bitcoin kuantum riski için çalışan Project Eleven, kuantum saldırılarına açık cüzdanlardaki varlıkların sahiplerince geri alınmasına yönelik bir sıfır bilgi ispatı prototipi geliştirdi. Sistem, cüzdan sahibinin gizli anahtarını ya da tohum bilgisini açıklamadan, ilgili adres üzerindeki yetkisini kanıtlamasını hedefliyor. Project Eleven’ın testine göre kanıt üretimi dört çekirdekli M5 MacBook Air üzerinde 243 milisaniye sürüyor; doğrulama ise 40 milisaniyede tamamlanıyor.

Çalışma, Jameson Lopp ve beş ortak yazarının nisan ayında yayımladığı BIP-361 önerisiyle bağlantılı. Öneri, kuantum bilgisayarlara karşı savunmasız Bitcoin adreslerine üç yıl sonra yeni yatırımları engellemeyi, beş yılın sonunda ise bu adreslerde kalan Bitcoin’leri dondurmayı öngörüyor. BIP-361’e göre bu kapsam, Bitcoin arzının yüzde 34’ünden fazlasını içeriyor. Buna, Bitcoin’in takma adlı yaratıcısı Satoshi Nakamoto’ya atfedilen yaklaşık 1,1 milyon BTC de dahil.

Bitcoin kuantum riski imzaları hedef alıyor

Teorik “Q-Day” senaryosunda, bir kuantum bilgisayarı açık anahtardan özel anahtarı türetebilecek kapasiteye ulaşır. Böyle bir durumda, açık anahtarı zincir üzerinde daha önce ifşa edilmiş bir adresten saldırgan da işlem imzalayabilir. Sahip ile saldırganın ürettiği imza arasında ağın ayırt edebileceği bir fark kalmaz.

Bitcoin imzaları, özel anahtardan açık anahtar üretmenin kolay; açık anahtardan özel anahtara dönmenin ise klasik bilgisayarlarla pratikte mümkün olmadığı eliptik eğri kriptografisine dayanıyor. Ancak 1994’te yayımlanan Shor algoritması, kuantum bilgisayarların bu tür matematik problemlerinde açık anahtardan özel anahtarı hesaplayabilmesine imkân verebilir.

Project Eleven’ın yaklaşımı, imzalardan farklı olarak özetleme (hash) fonksiyonlarının kuantum tehdit karşısındaki niteliğinden yararlanıyor. En güçlü bilinen kuantum yöntemi olan Grover algoritması, 256 bitlik bir hash için gereken arama yükünü 2 denemeden 2 denemeye indiriyor. Bu, önemli bir teorik hızlanma olsa da saniyede bir milyar deneme yapan bir makinenin dahi evrenin ömrü içinde tamamlayamayacağı ölçekte bir arama anlamına geliyor.

Sıfır bilgi ispatı, cüzdan türetme yolunu kullanıyor

Modern Bitcoin cüzdanları, adresleri hiyerarşik bir ağaç yapısı içinde üretir. “Hardened” türetme adımında üstteki özel anahtar, HMAC-SHA512 üzerinden işlenerek alt anahtar oluşturulur. Bu tek yönlü yapı nedeniyle, Q-Day sonrasında tek bir adresin anahtarını ele geçiren saldırgan, o anahtarın geldiği üst düğüme doğru cüzdan ağacında ilerleyemez.

Project Eleven ile Binius ispat sisteminin baş geliştiricisi Jim Posen’in oluşturduğu yöntem, bu farkı sahiplik kanıtına dönüştürüyor. Kullanıcı, adresinin cüzdan türetme ağacındaki üst anahtar malzemesini bildiğini ve bu malzemenin ilgili adresi ürettiğini kanıtlıyor. Kanıt ayrıca belirli bir mesaja bağlanıyor; böylece aynı ispat, varlıkların yeni bir adrese taşınacağı işlemi yetkilendirmek için kullanılabiliyor. Özel anahtarlar ve diğer gizli anahtar malzemesi açıklanmıyor.

Prototip, yaklaşık 2 GB bellek kullanıyor, GPU gerektirmiyor ve güvenilen bir başlangıç kurulumu olmadan çalışıyor. Project Eleven, devre kurulumu, kanıt üretimi ve kendi kendini kontrol aşamaları dahil yalnızca CPU üzerinde 910 milisaniyelik bir çalışma süresi bildirdi. Şirket, bu sonucun önceki çalışmalara kıyasla 16 kat hız anlamına geldiğini; gerçek kullanımda bir kez kurulup yeniden kullanılabilecek tek seferlik hazırlık hariç tutulduğunda farkın yaklaşık 60 kata çıktığını belirtiyor.

Satoshi’nin Bitcoin’leri neden kurtarma kapsamına girmiyor?

Bu Bitcoin kuantum riski çözümünün temel sınırı, kanıtlanacak bir üst türetme anahtarının bulunmasına bağlı olması. Hiyerarşik cüzdan ağacı yapısını getiren BIP-32, 11 Şubat 2012’de atandı. Ondan önce cüzdanlar, Bitcoin dokümantasyonunda ifade edildiği üzere, her anahtarı birbirinden bağımsız ve rastgele biçimde üretiyordu.

Satoshi Nakamoto 2009 ve 2010 boyunca madencilik yaptı, 2011 itibarıyla da ortadan kayboldu. Satoshi’ye atfedilen Bitcoin’ler, açık anahtarın doğrudan zincire yazıldığı pay-to-public-key çıktılarında bulunuyor. Bu dönemin yazılımında tohum ifade, türetme yolu veya üst anahtar yoktu. Dolayısıyla yaklaşık 1,1 milyon BTC için ispatlanabilecek bir cüzdan ağacı düğümü bulunmuyor.

Aynı sınırlama, 2012 öncesindeki diğer tüm cüzdanlara da uygulanıyor. Bu grup, en eski ve en uzun süredir hareketsiz Bitcoin’lerin kayda değer bölümünü kapsıyor; BIP-361’in ele aldığı başlıca varlık kümesi de bu adresler arasında yer alıyor.

Project Eleven, prototipin henüz denetlenmediğini, Taproot yerine üç Bitcoin adres türünü desteklediğini ve ispatı tohum ifadeden değil coin-type anahtarından başlattığını kabul ediyor. Sistem ayrıca bugün itibarıyla herhangi bir canlı blokzincirde varlık kurtarmıyor. Buna rağmen yöntem, BIP-361 ile öngörülen dondurmanın nihai bir kayıp mı yoksa tohum bilgisini koruyanlar için geçici bir kilit mi olacağı tartışmasını değiştiriyor. Lopp, BIP-361’i sevmediğini ancak alternatifini daha az tercih ettiğini söylemişti; öneriye yöneltilen en güçlü itirazlardan biri de dondurmanın kalıcı mülkiyet vaadini zedeleyeceği yönündeydi.