Постквантовая криптография

Что такое постквантовая криптография?

Постквантовая криптография — это область криптографии, изучающая алгоритмы, которые должны сохранять безопасность как против атак классических компьютеров, так и против атак будущих мощных квантовых компьютеров.

Для криптовалют постквантовая криптография важна, поскольку блокчейны используют цифровые подписи, открытые ключи, хеш-функции, коммитменты, адреса кошельков, валидаторов, мосты и системы с доказательством с нулевым разглашением для защиты реальной экономической ценности.

Большинство крупных блокчейнов сегодня по-прежнему используют криптографию с открытым ключом, основанную на математических задачах, которые теоретически может решить достаточно мощный квантовый компьютер.

Главная проблема не в том, что квантовый компьютер уже сегодня может украсть криптовалюту, а в том, что переход на новые криптографические решения занимает годы. Кроме того, блокчейны сложно обновлять, когда от прежних криптографических допущений зависят значительные активы, кошельки, смарт-контракты и инфраструктура.

В сообщении NIST об утверждении первых постквантовых стандартов говорится, что первые три утвержденных стандарта включают ML-KEM для инкапсуляции ключей, ML-DSA для цифровых подписей и SLH-DSA для цифровых подписей.

Для пользователей криптовалют постквантовую криптографию проще всего понимать как план обновления безопасности кошельков, подписей, протоколов и сетей до того, как квантовые компьютеры станут достаточно мощными для атак на современные системы с открытым ключом.

Почему квантовые компьютеры угрожают криптовалютам

Квантовые компьютеры используют эффекты квантовой механики и обрабатывают информацию иначе, чем классические компьютеры.

Мощный квантовый компьютер с коррекцией ошибок может запускать алгоритмы, ослабляющие или взламывающие некоторые криптографические системы с открытым ключом, применяемые в интернете и криптовалютных сетях.

Самый известный пример — алгоритм Шора, который теоретически позволяет взломать криптографию, основанную на факторизации целых чисел и задаче дискретного логарифмирования.

Это важно, поскольку RSA, ECDSA, подписи Schnorr, подписи BLS и спаривания на эллиптических кривых основаны на математических задачах, которые считаются сложными для классических компьютеров, но могут оказаться уязвимыми для достаточно мощных квантовых компьютеров.

Bitcoin и многие другие криптосистемы используют подписи на эллиптических кривых, чтобы подтвердить, что владелец кошелька разрешил транзакцию.

В документации о транзакциях в руководстве разработчика Bitcoin объясняется, что в традиционных подписях Bitcoin использует ECDSA с кривой secp256k1.

Ethereum также использует криптографию на эллиптических кривых для подписей аккаунтов и подписи BLS в уровне консенсуса.

В плане Ethereum по защите от квантовых угроз говорится, что постквантового планирования требуют подписи аккаунтов, подписи BLS уровня консенсуса, коммитменты KZG и некоторые системы доказательств на уровне приложений.

Постквантовая криптография нужна, чтобы заменить уязвимые системы, дополнить их защиту или обновить их до того, как квантовые атаки станут практически осуществимыми.

Постквантовая криптография и квантовая криптография

Постквантовая криптография — не то же самое, что квантовая криптография.

Под постквантовой криптографией обычно понимают классические программные алгоритмы, которые работают на обычных компьютерах, но рассчитаны на противодействие квантовым атакам.

Квантовая криптография обычно означает системы безопасности, напрямую использующие квантовую физику, например квантовое распределение ключей.

Это различие важно для криптовалют, поскольку блокчейнам нужны решения, которые можно использовать в кошельках, узлах, смарт-контрактах, валидаторах, аппаратных кошельках, мобильных телефонах, серверах и браузерах.

Большинство обсуждений обновления блокчейнов сосредоточено на постквантовой криптографии: ее можно внедрить программно и интегрировать в существующие цифровые системы более реалистично, чем квантовое коммуникационное оборудование.

Для работы постквантового кошелька квантовый компьютер не потребуется.

В нем будут использоваться новые схемы подписей, которые, как предполагается, сохранят безопасность, даже если у злоумышленников появятся мощные квантовые компьютеры.

Для пользователей блокчейна постквантовая криптография — это практический путь перехода, тогда как квантовая криптография представляет собой отдельную область с другими требованиями к инфраструктуре.

Как работает постквантовая криптография

Постквантовая криптография заменяет уязвимые математические допущения задачами, которые, как предполагается, устойчивы к атакам как классических, так и квантовых компьютеров.

Некоторые постквантовые системы основаны на решетках.

Другие используют хеш-функции.

Есть системы, основанные на кодах с исправлением ошибок.

Некоторые опираются на многомерные уравнения или другие математические структуры.

Первые утвержденные стандарты NIST в основном используют решеточные и хеш-методы.

ML-KEM — это основанный на решетках механизм инкапсуляции ключей, используемый для создания общих секретов.

ML-DSA — алгоритм цифровой подписи на основе решеток, разработанный на основе CRYSTALS-Dilithium.

SLH-DSA — бессостоятельный алгоритм цифровой подписи на основе хеш-функций, разработанный на основе SPHINCS+.

Эти алгоритмы по умолчанию не обеспечивают конфиденциальность транзакций и не ускоряют блокчейн.

Их основная задача — сохранять аутентификацию, целостность данных и безопасность ключей в будущем, когда могут появиться квантовые злоумышленники.

Зачем постквантовая криптография нужна кошелькам

Криптовалютные кошельки используют приватные ключи и цифровые подписи для авторизации транзакций.

Приватный ключ позволяет пользователю создать подпись, а открытый ключ — сети проверить ее подлинность.

Если будущий квантовый компьютер сможет получить приватный ключ на основе раскрытого открытого ключа, средства под управлением этого ключа могут оказаться под угрозой.

Это особенно важно для аккаунтов и выходов транзакций, чьи открытые ключи уже были раскрыты в блокчейне.

Во многих блокчейнах открытый ключ становится виден, когда пользователь отправляет средства с адреса или совершает транзакцию.

Хешированный адрес может скрывать открытый ключ до первой траты средств, но после его раскрытия безопасность напрямую зависит от используемой схемы подписи.

Переход кошельков на постквантовые решения позволит пользователям переводить средства с уязвимых к квантовым атакам схем подписей на устойчивые к ним схемы.

Для этого могут потребоваться новые форматы адресов, программное обеспечение кошельков и прошивки аппаратных кошельков, кошельки на основе смарт-контрактов, абстракция аккаунтов или обновления протокола.

Пользователям не следует проводить неофициальный или поспешный переход без поддержки надежного кошелька: поддельные инструменты для «квантовой защиты» могут оказаться фишинговыми ловушками.

Наиболее безопасный переход будет поддерживаться сетью, разработчиками кошельков, специалистами по безопасности и понятными рекомендациями сообщества.

Зачем постквантовая криптография нужна Bitcoin

Безопасность Bitcoin во многом зависит от цифровых подписей, Proof of Work, хеш-функций и децентрализованной проверки.

Главная постквантовая проблема Bitcoin связана не с Proof of Work, а с системами подписей, которые используются для авторизации расходования средств.

В традиционных транзакциях Bitcoin используются ECDSA, а в более новых транзакциях Taproot — подписи на основе Schnorr.

Обе системы опираются на допущения об эллиптических кривых, которые теоретически уязвимы для достаточно мощного квантового компьютера.

Хеш-функции Bitcoin считаются менее уязвимыми, чем подписи на эллиптических кривых: известные квантовые атаки на хеш-функции дают меньшее ускорение, чем алгоритм Шора при атаке на дискретные логарифмы.

Таким образом, переход Bitcoin на постквантовую криптографию в основном связан с подписями, кошельками, повторным использованием адресов, раскрытыми открытыми ключами, старыми выходами, поддержкой аппаратных кошельков, размером транзакций и правилами консенсуса.

Обновление Bitcoin для защиты от квантовых угроз потребует тщательной проработки: более крупные подписи могут увеличить размер транзакций и повлиять на комиссии, место в блоках, работу мемпула и затраты на проверку узлами.

Также потребуется план перехода для пользователей, хранящих монеты на старых адресах, включая неактивные кошельки, владельцы которых могут никогда не вернуться.

Сильная сторона Bitcoin — консервативный подход к безопасности, но это также означает, что для масштабных изменений криптографии необходимы широкий консенсус и тщательное тестирование.

Поэтому постквантовая криптография — это долгосрочная задача управления и разработки Bitcoin, а не только математическая проблема.

Зачем постквантовая криптография нужна Ethereum

Постквантовая задача Ethereum шире, чем простая замена подписей кошельков.

Ethereum использует подписи аккаунтов для пользовательских транзакций, подписи BLS для консенсуса валидаторов, коммитменты KZG для доступности данных и различные системы доказательств в приложениях и роллапах.

В публичной дорожной карте Ethereum указано, что постквантового внимания требуют подписи аккаунтов, подписи BLS уровня консенсуса, коммитменты для доступности данных и системы доказательств с нулевым разглашением на уровне приложений.

Переход Ethereum сложен, поскольку в разных частях протокола применяются разные криптографические примитивы для разных задач.

Заменить подписи аккаунтов может быть проще, если кошельки на основе смарт-контрактов и абстракция аккаунтов позволят постепенно внедрять новые схемы подписей.

Заменить подписи BLS сложнее, поскольку агрегирование BLS позволяет эффективно объединять подписи многих валидаторов.

У многих постквантовых схем подписи и ключи крупнее, что может создать проблемы с пропускной способностью, хранением данных и проверкой.

Для замены коммитментов KZG также могут потребоваться новые схемы коммитментов, которые поддержат план масштабирования Ethereum без использования уязвимых к квантовым атакам спариваний.

Работа Ethereum над постквантовой криптографией показывает, что блокчейнам нужна криптографическая гибкость — возможность менять примитивы, не разрушая всю экосистему.

Главный вывод для пользователей: переход на постквантовые решения затронет всю сеть и потребует участия кошельков, валидаторов, роллапов, разработчиков и системы управления.

Стандарты постквантовой криптографии NIST

Процесс стандартизации постквантовой криптографии NIST — один из важнейших ориентиров для криптоиндустрии.

Утвержденные стандарты дают разработчикам проверенную основу и избавляют от необходимости самостоятельно изобретать криптографические решения для каждого проекта.

В FIPS 203 описан ML-KEM, предназначенный для инкапсуляции ключей и создания общего секрета.

В FIPS 204 описан ML-DSA — стандарт цифровой подписи на основе решеток.

В FIPS 205 описан SLH-DSA — стандарт бессостоятельной цифровой подписи на основе хеш-функций.

NIST также обсуждал дополнительные варианты подписей, например стандарт на основе FALCON, который, как ожидается, будет называться FN-DSA.

Стандарты подписей особенно важны для блокчейн-систем, поскольку авторизация транзакций зависит от подписей.

Стандарты инкапсуляции ключей актуальнее для зашифрованных коммуникаций, резервных копий кошельков, сетевого взаимодействия валидаторов, защищенных сообщений и офчейн-инфраструктуры.

Использование стандартизированных алгоритмов само по себе не делает блокчейн защищенным от квантовых атак: важны интеграция в протокол, безопасность реализации, выбор параметров и план перехода.

Тем не менее стандарты NIST дают разработчикам криптосистем серьезную отправную точку для планирования постквантовой безопасности.

Постквантовые подписи

Постквантовые подписи — это схемы цифровых подписей, разработанные с расчетом на устойчивость к квантовым атакам.

Для большинства публичных блокчейнов это важнейший постквантовый примитив, поскольку подписи контролируют перемещение активов.

Подпись транзакции подтверждает, что владелец кошелька авторизовал перевод, взаимодействие со смарт-контрактом, действие в стейкинге, голосование по управлению или сообщение валидатора.

Если схема подписи перестает работать, рушится и модель владения.

ML-DSA и SLH-DSA — два основных стандарта постквантовых подписей.

ML-DSA в целом рассчитан на эффективность и практическое внедрение, тогда как SLH-DSA основан на хеш-функциях и опирается на иной подход к безопасности.

Подписи на основе хеш-функций привлекательны тем, что сами хеш-функции хорошо изучены и считаются более устойчивыми к квантовым атакам, чем допущения об эллиптических кривых.

Проблема в том, что постквантовые подписи могут быть крупнее компактных подписей, применяемых сегодня.

Увеличение размера подписей может привести к росту размера транзакций, затрат на хранение данных, требований к пропускной способности, комиссий за газ и нагрузки на проверку блоков.

Для блокчейнов постквантовые подписи должны быть не только безопасными, но и практически применимыми в глобальном масштабе.

Постквантовая инкапсуляция ключей

Инкапсуляция ключей — это способ, с помощью которого две стороны могут согласовать общий секрет через небезопасный канал.

В традиционной интернет-безопасности обмен ключами используется в таких протоколах, как TLS, для защиты зашифрованных коммуникаций.

В криптоиндустрии инкапсуляция ключей может быть важна для зашифрованных сообщений между кошельками, сетевого взаимодействия валидаторов, коммуникации облегченных клиентов, защищенных резервных копий, операций с кастодиальными активами, многосторонних вычислений и офчейн-координации.

ML-KEM — стандартизированный NIST механизм постквантовой инкапсуляции ключей.

Он не заменяет подписи транзакций в блокчейне напрямую, поскольку не является схемой подписи.

Вместо этого он помогает защитить коммуникации и общие секреты от будущих квантовых атак.

Это различие важно, поскольку блокчейну могут понадобиться и постквантовые подписи, и постквантовое установление ключей.

Кошелек может использовать постквантовую подпись для авторизации транзакции, а постквантовую схему инкапсуляции ключей — для шифрования резервных копий или данных коммуникации.

Разработчикам не следует смешивать эти задачи: шифрование, подписи, коммитменты и хеширование решают разные проблемы безопасности.

В хорошей постквантовой архитектуре для каждой задачи используется подходящий примитив.

Хеш-функции и устойчивость к квантовым атакам

Хеш-функции широко применяются в криптовалютах для адресов, деревьев Меркла, заголовков блоков, коммитментов, систем доказательств, майнинга и целостности данных.

Известные квантовые алгоритмы могут ускорять переборные атаки на хеш-функции, но не взламывают надежные хеш-функции так же радикально, как алгоритм Шора уязвимые системы с открытым ключом.

Алгоритм Гровера может вдвое уменьшить сложность поиска, поэтому увеличение размера хеша помогает сохранить запас прочности.

Поэтому в исследованиях постквантовых блокчейнов часто обсуждаются подписи на основе хеш-функций и системы доказательств в стиле STARK.

В некоторых случаях системы на основе хеш-функций могут быть крупнее или менее удобны, но их допущения о безопасности проще и консервативнее.

Блокчейнам также проще сохранить хеш-функции, поскольку многие сети уже используют надежные хеш-функции в своей архитектуре.

Обычно сложнее всего перейти на новые подписи с открытым ключом и конструкции на основе спариваний.

Пользователям не следует считать, что квантовые компьютеры делают бесполезной всю криптографию.

Одним примитивам они угрожают сильнее, чем другим.

Планирование постквантовой защиты начинается с определения тех частей системы, которые действительно уязвимы.

Постквантовая криптография и доказательства с нулевым разглашением

Доказательства с нулевым разглашением становятся все важнее для криптоиндустрии: они используются в роллапах, системах конфиденциальности, решениях для масштабирования, идентификации и проверяемых вычислений.

Некоторые системы доказательств с нулевым разглашением используют эллиптические кривые и спаривания, которые могут быть уязвимы для квантовых атак.

Другие системы, например основанные на STARK, в большей степени используют хеш-функции и часто считаются более устойчивыми к квантовым атакам.

Это различие важно для роллапов, поскольку система доказательств влияет на долгосрочную безопасность проверки транзакций.

Роллапу, основанному на уязвимых к квантовым атакам допущениях, может потребоваться в будущем перейти на другую систему доказательств.

У роллапа, использующего системы доказательств на основе хеш-функций, основа для постквантовой защиты может быть прочнее, однако ему все равно нужны тщательная реализация и правильный выбор параметров.

Постквантовые решения с нулевым разглашением также влияют на размер доказательств, затраты на проверку и создание доказательств, а также на доступность данных.

Разработчикам не следует считать переход на постквантовую систему доказательств простой заменой: компромиссы в производительности могут повлиять на пользователей.

В масштабировании блокчейна криптография важна не только для безопасности, но и для стоимости и пропускной способности.

Постквантовая система доказательств должна защищать сеть, не делая ее непригодной для использования.

Постквантовая криптография и DeFi

Протоколы DeFi зависят от подписей кошельков, разрешений смарт-контрактов, ключей управления, обновлений оракулов, мостов, ретрансляторов, мультиподписей и иногда систем с нулевым разглашением.

Если будущий квантовый злоумышленник сможет украсть ключи или подделать подписи, протоколы DeFi могут столкнуться с серьезным риском.

Особенно чувствительными могут быть административные ключи, подписанты мультиподписей, валидаторы мостов, операторы оракулов и казначейские кошельки, поскольку они могут контролировать значительную стоимость.

Переход DeFi на постквантовые решения должен защитить как пользовательские аккаунты, так и аккаунты под управлением протоколов.

Смарт-контрактам может потребоваться поддержка новых методов проверки подписей.

Системам управления могут понадобиться новые подписи для голосования или новые модели аккаунтов.

Оракулам могут потребоваться аутентифицированные потоки данных с постквантовой защитой.

Мостам могут понадобиться устойчивые к квантовым атакам подписи валидаторов и проверка доказательств.

Эмитентам стейблкоинов, протоколам кредитования, платформам деривативов и управляющим активами может потребоваться кастодиальная инфраструктура с постквантовой защитой.

Самая сложная постквантовая задача DeFi — координация: многие контракты неизменяемы, многие активы компонуемы, а протоколы зависят друг от друга.

Постквантовая криптография и мосты

Блокчейн-мосты относятся к системам повышенного риска, поскольку часто проверяют подписи, сообщения валидаторов, доказательства облегченных клиентов или утверждения о внешнем состоянии.

Если валидаторы моста используют уязвимые к квантовым атакам подписи, будущий злоумышленник теоретически сможет подделать сообщения после раскрытия открытых ключей, когда атака станет практически осуществимой.

Это может поставить под угрозу обернутые активы, депозиты между сетями, средства в эскроу мостов и межсетевые сообщения.

Для постквантовой защиты мостов могут потребоваться новые ключи валидаторов, новое агрегирование подписей, более крупные доказательства, обновленные облегченные клиенты и новая логика проверки в смарт-контрактах.

Кроме того, обе подключенные сети должны иметь совместимые обновления.

Мост настолько надежен, насколько надежно его самое слабое криптографическое звено.

Если одна сеть перейдет на постквантовые подписи, но мост продолжит доверять старым подписям другой сети, риск может сохраниться.

Поэтому переход между сетями на постквантовые решения особенно сложен.

Пользователям мостов следует учитывать, что безопасность зависит не только от контракта обернутого токена.

Она также зависит от криптографических допущений, лежащих в основе системы проверки.

Постквантовая криптография и аппаратные кошельки

Аппаратные кошельки важны, поскольку хранят приватные ключи в специальных устройствах.

Для перехода на постквантовые решения аппаратным кошелькам, вероятно, потребуется поддержка новых алгоритмов, более крупных ключей и подписей, обновленных форматов адресов и более сложного отображения транзакций.

В зависимости от ограничений памяти, вычислительной мощности, хранилища и защищенного чипа могут понадобиться обновления прошивки или новые устройства.

Некоторые постквантовые подписи значительно крупнее современных, что может повлиять на скорость подписания и совместимость устройств.

Не следует считать, что любой старый аппаратный кошелек будет поддерживать все будущие постквантовые схемы.

Производителям кошельков необходимо тщательно тестировать реализации: неисправная реализация постквантовой криптографии может быть хуже отсутствия перехода.

Аппаратным кошелькам также нужны надежная генерация случайных чисел, безопасные обновления прошивки и понятные запросы пользователю.

Поддержку постквантовых решений не следует внедрять поспешно с помощью неофициальных прошивок или неизвестных инструментов.

Пользователям следует дождаться проверенных инструкций по переходу от надежных разработчиков кошельков и сообществ сетей.

Надежное хранение фраз восстановления остается важным: постквантовые подписи не защищают от фишинга и физической кражи.

Постквантовая криптография и абстракция аккаунтов

Абстракция аккаунтов может повысить криптографическую гибкость блокчейн-сетей.

Вместо того чтобы навсегда привязывать каждый пользовательский аккаунт к одной встроенной схеме подписи, абстракция аккаунтов позволяет кошелькам на основе смарт-контрактов задавать собственную логику проверки.

Это может упростить добавление постквантовых и гибридных подписей, правил мультиподписи, социального восстановления, лимитов расходов и механизмов обновления.

В дорожной карте Ethereum по постквантовой защите абстракция аккаунтов отдельно рассматривается как практический способ постепенно внедрять квантово-устойчивые подписи.

Это важно, поскольку одномоментная глобальная замена одной схемы подписи другой была бы сложной и рискованной.

Постепенный переход позволит сначала обновиться ранним пользователям, кастодиальным сервисам, протоколам и владельцам крупных активов.

Со временем программное обеспечение кошельков сможет помогать обычным пользователям переходить на квантово-устойчивые аккаунты.

Однако абстракция аккаунтов также требует тщательной защиты смарт-контрактов, поскольку логика кошелька становится программируемой.

Кошелек на основе постквантового смарт-контракта должен быть защищен и от квантовых атак, и от обычных ошибок смарт-контрактов.

Криптографическая гибкость полезна только при безопасной реализации.

Гибридная криптография

Гибридная криптография сочетает классическую и постквантовую криптографию в переходный период.

Например, для одной транзакции или обновления аккаунта система может требовать одновременно подпись ECDSA и постквантовую подпись.

Такой подход позволяет не полагаться целиком на новый алгоритм, пока он не прошел длительную проверку в реальных условиях.

Гибридные решения также помогают учитывать два вида неопределенности.

Если классическая криптография останется безопасной дольше ожидаемого, система продолжит работать.

Если квантовые технологии будут развиваться быстрее, дополнительную защиту обеспечит постквантовый уровень.

Недостаток в том, что гибридные схемы могут увеличить размер транзакций, затраты на проверку, сложность использования и риски реализации.

Для блокчейнов эти затраты важны: каждый дополнительный байт и этап проверки могут повлиять на комиссии и производительность сети.

До завершения перехода всей сети гибридный подход может быть полезен для аккаунтов с крупными активами, валидаторов, мостов и казначейств.

Хорошая гибридная схема должна быть достаточно простой, чтобы кошельки и пользователи могли правильно с ней работать.

Сложности перехода

Переход на постквантовую криптографию сложен, поскольку блокчейны публичны, неизменяемы и децентрализованы.

Старые открытые ключи и подписи могут навсегда остаться видимыми в блокчейне.

Неактивные кошельки могут никогда не обновиться: владельцы могут быть потеряны, неактивны, умереть, не знать о переходе или не иметь доступа к ключам.

Некоторые смарт-контракты могут быть неизменяемыми и не поддерживать добавление новой логики проверки подписей.

Кастодиальные сервисы, биржи, кошельки, мосты, протоколы DeFi, валидаторы и поставщики инфраструктуры могут переходить на новые решения с разной скоростью.

Размер транзакций может увеличиться, если постквантовые подписи окажутся крупнее.

Комиссии за газ и стоимость места в блоке могут вырасти, если проверка станет более ресурсоемкой.

Узлам могут понадобиться обновленное программное обеспечение и более мощное оборудование.

Разработчикам могут потребоваться годы на аудиты, тестовые сети, формальный анализ и обучение пользователей.

Поэтому переход на постквантовую криптографию больше похож на обновление гражданской инфраструктуры, чем на обычное исправление программного обеспечения.

Собрать сейчас, расшифровать позже

«Собрать сейчас, расшифровать позже» — это модель атаки, при которой злоумышленники собирают сегодня зашифрованные данные или материалы открытых ключей, чтобы попытаться взломать их позднее, когда квантовые компьютеры станут мощнее.

В криптоиндустрии такая угроза может по-разному затрагивать активы и протоколы.

Зашифрованные резервные копии кошельков, личные сообщения, записи кастодиальных сервисов и офчейн-коммуникации могут собираться уже сегодня, если их защищает только уязвимый к квантовым атакам обмен ключами.

Раскрытые в блокчейне открытые ключи также могут стать источником будущего риска, если квантовый злоумышленник сможет достаточно быстро получить приватные ключи.

Поэтому планировать постквантовую защиту нужно заранее, до появления готовых к атакам квантовых компьютеров.

Если ждать появления практической атаки, может быть уже поздно: злоумышленники к тому времени могли собрать полезные данные.

Для обычных пользователей криптовалют наиболее практичные меры на ближайшее время — не использовать адрес повторно там, где это возможно с учетом модели блокчейна и кошелька, выбирать надежные кошельки, защищать резервные копии и следовать официальным рекомендациям по переходу, когда они появятся.

Пользователям не следует паниковать, но важно понимать, почему экосистема готовится заранее.

Долгосрочные финансовые системы должны готовиться к угрозам до того, как те станут активными.

Если пользователи рассчитывают, что активы будут надежно защищены десятилетиями, криптосистемы должны сохраняться надолго.

Преимущества постквантовой криптографии

Первое преимущество постквантовой криптографии — долгосрочная защита от будущих квантовых атак.

Второе — криптографическая гибкость: подготовленные к переходу сети будут меньше зависеть от одного устаревшего примитива.

Третье — укрепление доверия институциональных участников, поскольку долгосрочным держателям, кастодиальным сервисам, казначействам и поставщикам инфраструктуры нужны надежные допущения о безопасности.

Четвертое — более совершенная архитектура кошельков: переход может стимулировать развитие смарт-кошельков, обновлений мультиподписей и более безопасных моделей восстановления аккаунтов.

Пятое — развитие исследований протоколов, поскольку работа над постквантовой защитой заставляет разработчиков описывать все криптографические зависимости сети.

Шестое — повышение совместимости между отраслями: стандарты NIST дают разработчикам криптосистем общие алгоритмы для изучения и внедрения.

Седьмое — лучшее понимание рисков: пользователи узнают, что безопасность блокчейна зависит не только от рыночной цены и предложения токена.

Постквантовая криптография сама по себе не приносит прибыль.

Она защищает способность криптосистем продолжать безопасную работу в будущей вычислительной среде.

Поэтому она служит основой для долгосрочного цифрового владения.

Ограничения постквантовой криптографии

Первое ограничение: у постквантовых алгоритмов ключи, подписи, шифротексты или доказательства могут быть крупнее, чем у классических алгоритмов.

Второе: увеличение объема данных может повысить комиссии за транзакции, требования к хранилищу и пропускной способности, а также затраты на проверку.

Третье: новые реализации могут содержать ошибки, утечки через побочные каналы или проблемы совместимости с кошельками.

Четвертое: стандартизация сама по себе не решает вопросы управления блокчейном.

Пятое: не каждый постквантовый алгоритм подходит для всех задач блокчейна.

Шестое: после перехода могут остаться неактивные кошельки и старые контракты.

Седьмое: постквантовая криптография не защищает от фишинга, кражи сид-фразы, вредоносных разрешений, поддельных кошельков и эксплуатации уязвимостей смарт-контрактов.

Восьмое: по мере развития исследований выбор алгоритмов может меняться.

Командам по безопасности необходимо соблюдать баланс между срочностью и осторожностью: слишком быстрая замена криптографии, проверенной временем, может создать новые риски.

Для долгосрочной безопасности постквантовая криптография необходима, но интегрировать ее следует тщательно.

Рекомендации пользователям криптовалют

Не паникуйте: общедоступных данных о том, что современные квантовые компьютеры могут массово красть обычные средства в блокчейнах, нет.

По возможности не используйте адреса повторно, если это допускают выбранный блокчейн и модель кошелька.

Выбирайте надежные кошельки, которые получают обновления безопасности и ясно сообщают о планах перехода.

Обновляйте прошивку аппаратного кошелька только через официальные каналы.

Никогда не вводите сид-фразу на сайте, обещающем квантовую защиту.

Осторожно относитесь к токенам, кошелькам и сервисам, заявляющим о «квантовой защите» без технической документации.

Когда появятся инструменты для перехода на постквантовые решения, следуйте официальным рекомендациям сети и разработчиков кошелька.

Когда появятся надежные способы перехода, рассмотрите возможность перевести крупные средства со старых адресов с раскрытыми ключами.

Храните резервные копии в безопасности: постквантовая криптография не поможет восстановить утерянные ключи.

Помните: сегодня риск мошенничества для большинства пользователей актуальнее квантового риска.

Рекомендации разработчикам и протоколам

Разработчикам следует составить перечень всех криптографических примитивов, используемых в протоколе.

Нужно определить, какие компоненты зависят от эллиптических кривых, спариваний, RSA, BLS, ECDSA, Schnorr, KZG или других допущений, уязвимых к квантовым атакам.

Перед внедрением экспериментальной криптографии следует изучить алгоритмы, стандартизированные NIST.

Постквантовые подписи необходимо проверять в реальных условиях блокчейна с учетом газа, размера блоков, пропускной способности, памяти, времени проверки и удобства кошельков.

При необходимости следует рассмотреть гибридные схемы для переходного периода.

Нужно разработать планы обновления аккаунтов, валидаторов, мостов, операторов оракулов, казначейств и смарт-контрактов.

Не следует жестко задавать допущения, делающие будущий переход на другую криптографию невозможным.

Следует опубликовать понятную документацию о том, какие компоненты устойчивы к квантовым атакам, а какие — нет.

Реализации необходимо проверять на уязвимости через побочные каналы и ошибки внедрения.

Переход на постквантовые решения следует считать многолетней задачей проектирования протокола, а не маркетинговой меткой.

Распространенные заблуждения о постквантовой криптографии

Одно из заблуждений — считать, что для использования постквантовой криптографии нужны квантовые компьютеры.

Постквантовые алгоритмы рассчитаны на работу на обычных компьютерах и на противодействие будущим квантовым атакам.

Другое заблуждение — полагать, что с развитием квантовых компьютеров вся криптовалюта мгновенно перестанет работать.

Фактический риск зависит от алгоритма, раскрытия ключей, архитектуры протокола, готовности к переходу и возможностей злоумышленника.

Еще одно заблуждение — считать, что хеш-функции взламываются так же, как подписи на эллиптических кривых.

Известные квантовые атаки по-разному воздействуют на хеш-функции и обычно значительно слабее, чем на системы с открытым ключом, основанные на дискретных логарифмах.

Еще одно заблуждение — считать, что маркировка «постквантовый» гарантирует безопасность.

Алгоритм может быть теоретически устойчивым к квантовым атакам, но плохо реализованным в кошельке, мосте или смарт-контракте.

Некоторые также ошибочно считают, что пользователям следует немедленно переходить на новые решения с помощью неофициальных инструментов.

Небезопасные инструменты перехода могут быть опаснее долгосрочной квантовой угрозы.

FAQ

Что означает термин «постквантовая криптография»?

Постквантовая криптография — это криптографические алгоритмы, рассчитанные на сохранение безопасности как против классических компьютеров, так и против будущих мощных квантовых компьютеров.

Почему постквантовая криптография важна для криптовалют?

Она важна, поскольку блокчейны используют цифровые подписи и открытые ключи для управления средствами, валидаторами, мостами, голосованием и системами смарт-контрактов.

Могут ли квантовые компьютеры украсть криптовалюту сегодня?

Сегодня неизвестно ни об одном общедоступном квантовом компьютере, способном взломать основные системы подписей блокчейнов в масштабах, необходимых для кражи средств обычных пользователей.

Какие криптосистемы наиболее уязвимы для квантовых атак?

К основным долгосрочным объектам беспокойства относятся системы на основе подписей на эллиптических кривых, подписей BLS, RSA и криптографии со спариваниями.

Защищены ли адреса Bitcoin от квантовых атак?

Адреса Bitcoin, с которых еще не раскрывались открытые ключи, могут иметь дополнительный уровень защиты на основе хеширования. Однако раскрытые или повторно использованные открытые ключи по-прежнему создают долгосрочные сложности для перехода.

Защищен ли Ethereum от квантовых атак?

Сегодня Ethereum не полностью защищен от постквантовых угроз, однако его дорожная карта включает исследования и планирование перехода для подписей аккаунтов и валидаторов, коммитментов и систем доказательств.

Что такое ML-KEM, ML-DSA и SLH-DSA?

ML-KEM — стандарт постквантовой инкапсуляции ключей, а ML-DSA и SLH-DSA — стандарты постквантовых цифровых подписей, утвержденные NIST.

Постквантовая криптография — это то же самое, что квантовая криптография?

Нет. Постквантовая криптография работает на обычных компьютерах, а квантовая криптография напрямую использует квантовую физику для таких механизмов безопасности, как квантовое распределение ключей.

Приведут ли постквантовые подписи к росту комиссий за транзакции?

На некоторых сетях комиссии могут вырасти, если более крупные подписи или более сложная проверка увеличат размер транзакций, расход газа или требования к пропускной способности.

Могут ли кошельки на основе смарт-контрактов помочь с переходом на постквантовые решения?

Да. Кошельки на основе смарт-контрактов и абстракция аккаунтов могут помочь пользователям внедрять новые схемы подписей, не требуя от каждого аккаунта использовать один и тот же неизменный криптографический метод.

Защищает ли постквантовая криптография от фишинга?

Нет. Постквантовая криптография не защищает от фишинга, поддельных разрешений, кражи сид-фразы, вредоносных ссылок и атак с использованием социальной инженерии.

Что пользователям следует делать сейчас?

Пользователям следует выбирать надежные кошельки, остерегаться мошенничества, защищать сид-фразы, не использовать адреса повторно без необходимости и ждать официальных рекомендаций по переходу от надежных команд сетей и кошельков.

Заключение

Постквантовая криптография — это долгосрочный путь обновления безопасности криптографических систем, которым предстоит работать в эпоху мощных квантовых компьютеров.

Для криптовалют она важна, поскольку кошельки, транзакции, валидаторы, мосты, смарт-контракты, роллапы, оракулы и системы хранения активов зависят от криптографических примитивов, безопасность которых не обязательно сохранится навсегда.

Утвержденные стандарты NIST, такие как ML-KEM, ML-DSA и SLH-DSA, дают технологической отрасли серьезную основу для перехода на постквантовые решения.

Для блокчейнов сложнее всего не только выбрать алгоритмы, но и обновить децентрализованные системы, не нарушив работу кошельков, контрактов, валидаторов, комиссий и пользовательских интерфейсов.

Постквантовые задачи Bitcoin в основном связаны с подписями, раскрытыми открытыми ключами, размером транзакций и переходом на новые правила консенсуса.

Задачи Ethereum включают подписи аккаунтов, подписи BLS валидаторов, коммитменты KZG, системы доказательств роллапов и криптографию на уровне приложений.

Протоколам DeFi, мостам, кастодиальным сервисам и аппаратным кошелькам также нужны планы перехода, поскольку они управляют реальными активами с помощью ключей и подписей.

Пользователям не следует паниковать или доверять неофициальным инструментам квантовой защиты: сегодня мошенничество представляет более непосредственную угрозу, чем квантовые атаки.

Правильный подход — тщательная подготовка, надежные стандарты, проверенные аудитом реализации, поддержка кошельков, планирование на уровне протоколов и понятные инструкции по переходу.

Постквантовую криптографию проще всего понимать как способ подготовить криптосистемы уже сегодня, чтобы цифровое владение оставалось защищенным в будущем, когда квантовые компьютеры станут намного мощнее современных.