Mật mã dựa trên đẳng cấu

Mật mã dựa trên đẳng cấu là gì?

Mật mã dựa trên đẳng cấu là một dạng mật mã khóa công khai sử dụng các ánh xạ toán học gọi là đẳng cấu giữa các đường cong elliptic để xây dựng hệ thống mật mã có thể chống lại các cuộc tấn công từ máy tính lượng tử trong tương lai.

Trong lĩnh vực tiền mã hóa, mật mã dựa trên đẳng cấu rất quan trọng vì blockchain, ví, chữ ký số, hệ thống lưu ký, khóa validator, thông điệp cross-chain và thông tin liên lạc được mã hóa đều phụ thuộc vào mật mã có thể cần duy trì khả năng bảo vệ trong kỷ nguyên điện toán lượng tử.

Mật mã dựa trên đẳng cấu không phải là tiền mã hóa, token, ví, khóa riêng tư, cụm từ khôi phục, validator, pool đào, mạng blockchain, hợp đồng thông minh hay chiến lược giao dịch.

Đây là một phương pháp toán học để xây dựng các thành phần mật mã nền tảng như trao đổi khóa, đóng gói khóa và chữ ký số.

Từ “đẳng cấu” bắt nguồn từ toán học về đường cong elliptic và chỉ một ánh xạ bảo toàn cấu trúc giữa các đường cong elliptic.

Nói đơn giản, đẳng cấu kết nối một đường cong elliptic với một đường cong khác, đồng thời bảo toàn đủ cấu trúc đại số để có thể ứng dụng trong mật mã.

Mật mã dựa trên đẳng cấu tìm cách xây dựng các hệ thống bảo mật hữu ích dựa trên độ khó của việc tìm một số đường đi ẩn nhất định giữa các đường cong elliptic.

Tổng quan dự án CSIDH giải thích rằng mật mã dựa trên đẳng cấu dựa vào các biến thể của bài toán tìm một đẳng cấu tường minh giữa hai đường cong elliptic đẳng cấu đã cho trên một trường hữu hạn.

Đối với người dùng crypto, có thể hiểu đơn giản mật mã dựa trên đẳng cấu là một lĩnh vực nghiên cứu hậu lượng tử, khám phá các cách mới để bảo vệ khóa và chữ ký khi những hệ thống đường cong elliptic hiện nay có thể không còn đủ khả năng bảo vệ.

Vì sao mật mã dựa trên đẳng cấu quan trọng trong crypto?

Mật mã dựa trên đẳng cấu quan trọng vì hầu hết hệ thống tiền mã hóa đều sử dụng mật mã khóa công khai.

Ví crypto sử dụng khóa riêng tư để ủy quyền giao dịch và khóa công khai hoặc địa chỉ để mạng lưới xác minh quyền sở hữu.

Hiện nay, nhiều blockchain sử dụng chữ ký số đường cong elliptic vì chúng hiệu quả, gọn nhẹ và được hỗ trợ rộng rãi.

Tuy nhiên, máy tính lượng tử đủ mạnh có thể đe dọa nhiều hệ thống khóa công khai hiện tại, bao gồm các hệ thống dựa trên phân tích thừa số nguyên và bài toán logarit rời rạc trên đường cong elliptic.

Đó là lý do mật mã hậu lượng tử rất quan trọng đối với bảo mật lâu dài của các mạng crypto.

Dự án Mật mã hậu lượng tử của NIST cho biết các tiêu chuẩn PQC chính được ban hành vào tháng 8 năm 2024, bao gồm ML-KEM, ML-DSA và SLH-DSA.

Các tiêu chuẩn NIST đầu tiên này không dựa trên đẳng cấu, nhưng cho thấy thế giới đã bắt đầu chuyển sang sử dụng mật mã có khả năng chống lại máy tính lượng tử.

Mật mã dựa trên đẳng cấu vẫn quan trọng vì có thể mang lại những đánh đổi khác với hệ thống dựa trên lattice và hash, đặc biệt trong các lĩnh vực như chữ ký ngắn hoặc khóa công khai gọn nhẹ.

Mật mã dựa trên đẳng cấu hoạt động như thế nào?

Mật mã dựa trên đẳng cấu hoạt động bằng cách chuyển các bài toán khó trên đường cong elliptic thành các giả định bảo mật mật mã.

Đường cong elliptic là một đối tượng toán học có thể được xác định trên một trường hữu hạn.

Đẳng cấu là một ánh xạ đặc biệt từ một đường cong elliptic sang một đường cong elliptic khác.

Trong nhiều hệ thống dựa trên đẳng cấu, thông tin công khai có thể bao gồm các đường cong elliptic hoặc những điểm liên quan, còn khóa bí mật gắn với một đường đi hoặc ánh xạ ẩn giữa các đường cong.

Ý tưởng bảo mật là người có thông tin bí mật có thể dễ dàng tính toán kết quả cần thiết, nhưng kẻ tấn công khó khôi phục đường đi bí mật từ dữ liệu công khai.

Điều này khác với mật mã đường cong elliptic thông thường, vốn thường dựa trên độ khó của việc giải bài toán logarit rời rạc trong nhóm đường cong elliptic.

Mật mã dựa trên đẳng cấu cũng sử dụng đường cong elliptic, nhưng theo một cách khác.

Người dùng không cần hiểu mọi chi tiết đại số để nắm được ý chính.

Điểm cốt lõi là các hệ thống dựa trên đẳng cấu xây dựng tính bảo mật từ những mối quan hệ ẩn giữa các đường cong, thay vì từ cùng bài toán logarit rời rạc được sử dụng trong các chữ ký crypto phổ biến hiện nay.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và mật mã hậu lượng tử

Mật mã hậu lượng tử là mật mã được thiết kế để duy trì tính bảo mật ngay cả trước những kẻ tấn công sở hữu máy tính lượng tử mạnh.

Mật mã hậu lượng tử không giống mật mã lượng tử hay phân phối khóa lượng tử.

Mật mã hậu lượng tử thường chạy trên máy tính và mạng thông thường.

Mục tiêu là thay thế hoặc bổ sung các hệ thống khóa công khai mà thuật toán lượng tử có thể phá vỡ trong tương lai.

Thông báo năm 2024 về các tiêu chuẩn mã hóa hậu lượng tử đầu tiên được hoàn thiện của NIST nêu rõ FIPS 203 quy định ML-KEM cho mã hóa nói chung, FIPS 204 quy định ML-DSA cho chữ ký số và FIPS 205 quy định SLH-DSA cho chữ ký số.

Mật mã dựa trên đẳng cấu là một nhánh trong bức tranh nghiên cứu hậu lượng tử rộng hơn.

Các nhánh khác bao gồm mật mã dựa trên lattice, chữ ký dựa trên hash, mật mã dựa trên mã, mật mã đa biến và các kỹ thuật khóa đối xứng.

Các mạng crypto nên quan tâm đến sự đa dạng vì chỉ dựa vào một họ toán học có thể tạo ra rủi ro tập trung.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và đường cong elliptic

Đường cong elliptic vốn đã giữ vai trò trung tâm trong nhiều hệ thống tiền mã hóa.

Bitcoin sử dụng mật mã đường cong elliptic để ủy quyền giao dịch, còn nhiều mạng khác sử dụng các hệ thống chữ ký số liên quan.

Chữ ký đường cong elliptic hiện nay có hiệu quả cao vì khóa công khai và chữ ký có thể tương đối nhỏ.

Mật mã dựa trên đẳng cấu cũng sử dụng đường cong elliptic, nhưng không dựa vào cùng giả định về độ khó toán học như chữ ký đường cong elliptic tiêu chuẩn.

Sự khác biệt này rất quan trọng vì một cuộc tấn công lượng tử có thể phá vỡ bài toán logarit rời rạc thông thường trên đường cong elliptic không đồng nghĩa với việc mọi bài toán đẳng cấu đều có thể được giải quyết.

Tổng quan CSIDH cho biết máy tính lượng tử dường như không khiến bài toán tìm đẳng cấu trở nên dễ hơn đáng kể theo cách thuật toán Shor tác động đến Diffie-Hellman trên đường cong elliptic thông thường.

Đó là lý do mật mã dựa trên đẳng cấu thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu hậu lượng tử.

Phương pháp này cung cấp một bối cảnh quen thuộc với đường cong elliptic nhưng dựa trên một loại bài toán khó khác.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và SIDH

SIDH là viết tắt của Supersingular Isogeny Diffie-Hellman.

SIDH từng là một trong những đề xuất trao đổi khóa dựa trên đẳng cấu nổi tiếng nhất.

Phương pháp này hướng đến việc tạo ra một cơ chế trao đổi khóa hậu lượng tử sử dụng các đường đi trong đồ thị đẳng cấu siêu kỳ dị.

SIDH thu hút sự chú ý vì có khóa công khai rất nhỏ so với nhiều đề xuất hậu lượng tử khác.

Khóa nhỏ rất hữu ích trong crypto vì blockchain, ví, thiết bị phần cứng, ứng dụng di động và hợp đồng thông minh thường quan tâm đến băng thông, dung lượng lưu trữ và chi phí xác minh.

Tuy nhiên, SIDH đã bị phá vỡ sau những phân tích mật mã lớn vào năm 2022.

Phụ lục cập nhật của đặc tả SIKE cho biết SIKE và SIDH không an toàn và không nên được sử dụng.

Đây là một trong những thông tin quan trọng nhất đối với bất kỳ ai đang tìm hiểu về mật mã dựa trên đẳng cấu hiện nay.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và SIKE

SIKE là viết tắt của Supersingular Isogeny Key Encapsulation.

SIKE là cơ chế đóng gói khóa dựa trên SIDH và từng được xem xét trong quá trình NIST chuẩn hóa mật mã hậu lượng tử.

Cơ chế đóng gói khóa (KEM) cho phép hai bên thiết lập một bí mật chung thông qua kênh công khai.

Tiêu chuẩn FIPS 203 dành cho ML-KEM của NIST giải thích rằng hai bên có thể dùng KEM để thiết lập khóa bí mật chung qua kênh công khai, sau đó sử dụng khóa này để hỗ trợ mã hóa và xác thực.

SIKE từng được quan tâm nhờ kích thước khóa gọn và thiết kế toán học tinh tế.

Sau cuộc tấn công năm 2022, SIKE không còn được xem là an toàn để triển khai.

Phụ lục SIKE cũng cho biết vào thời điểm đó không có ứng viên dựa trên đẳng cấu nào khác đang được xem xét trong quy trình chuẩn hóa của NIST.

Bài học dành cho các nhà phát triển crypto rất rõ ràng: một ý tưởng toán học đẹp và khóa nhỏ là chưa đủ nếu giả định bảo mật không còn đúng.

Mật mã dựa trên đẳng cấu sau khi SIKE bị phá vỡ

Việc SIKE bị phá vỡ không có nghĩa là toàn bộ mật mã dựa trên đẳng cấu đã chấm dứt.

Điều đó có nghĩa là các hệ thống kiểu SIDH đã phải chịu một thất bại lớn.

Phụ lục SIKE nêu rõ rằng một số hệ thống mật mã dựa trên đẳng cấu, bao gồm CGL, CSIDH và SQIsign, không dựa trên SIDH và không bị ảnh hưởng bởi nhóm tấn công của Castryck và Decru.

Sự phân biệt này rất quan trọng vì người dùng có thể lầm tưởng rằng mọi hệ thống dựa trên đẳng cấu đều bị phá vỡ theo cùng một cách.

Một họ mật mã có thể bao gồm nhiều thiết kế với các giả định và rủi ro khác nhau.

Năm 2026, NIST thông báo rằng chín ứng viên chữ ký số bổ sung đã vào vòng ba, trong đó có SQIsign.

SQIsign là một đề xuất chữ ký dựa trên đẳng cấu, vì vậy nghiên cứu về đẳng cấu vẫn đang diễn ra trong lĩnh vực chữ ký số.

Tình hình hiện nay phù hợp nhất với mô tả “nghiên cứu thận trọng”, chứ chưa phải triển khai rộng rãi trong thực tế.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và SQIsign

SQIsign là một sơ đồ chữ ký số dựa trên đẳng cấu, thu hút sự chú ý nhờ kích thước chữ ký gọn.

Chữ ký ngắn có thể hữu ích cho blockchain vì mỗi byte dữ liệu giao dịch đều có thể ảnh hưởng đến phí, dung lượng khối, lưu trữ, băng thông và thiết kế xác minh.

Nếu một sơ đồ chữ ký hậu lượng tử có chữ ký rất lớn, việc chuyển đổi blockchain có thể trở nên khó khăn.

Ví, thiết bị phần cứng, light client, node, bridge và hợp đồng thông minh đều có thể phải xử lý lượng dữ liệu lớn hơn.

Đó là lý do chữ ký dựa trên đẳng cấu vẫn được quan tâm ngay cả sau khi SIKE thất bại.

Dự án chữ ký số hậu lượng tử bổ sung của NIST cho biết NIST muốn đa dạng hóa danh mục chữ ký hậu lượng tử và quan tâm đến các sơ đồ có giả định khác biệt hoặc trường hợp sử dụng riêng.

Đối với người dùng crypto, SQIsign hiện không phải là bản nâng cấp ví có thể tùy tiện sử dụng.

Đây là một ứng viên đang được nghiên cứu và chuẩn hóa, cho thấy lý do mật mã dựa trên đẳng cấu vẫn quan trọng.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và CSIDH

CSIDH là một đề xuất dựa trên đẳng cấu khác, sử dụng tác động nhóm giao hoán.

Phần giới thiệu CSIDH mô tả đây là một đề xuất hậu lượng tử về trao đổi khóa không tương tác, với khóa công khai rất nhỏ và hiệu suất thực tế.

Trao đổi khóa không tương tác có thể hữu ích khi các bên cần thiết lập bí mật chung mà không phải trao đổi nhiều thông điệp qua lại.

Trong hạ tầng crypto, trao đổi khóa có thể quan trọng đối với bản sao lưu ví được mã hóa, quyền riêng tư giữa các node, nhắn tin bảo mật, kênh thanh toán và quy trình lưu ký.

CSIDH quan trọng vì không dựa trên SIDH, nghĩa là sự cố của SIKE không tự động ảnh hưởng đến CSIDH.

Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa CSIDH đã sẵn sàng để triển khai trên mọi blockchain hoặc ví.

CSIDH vẫn cần được phân tích bảo mật, rà soát quá trình triển khai, bảo vệ trước tấn công kênh kề, kiểm tra hiệu suất và hoàn thiện quy trình chuẩn hóa.

Bảo mật crypto nên ưu tiên các hệ thống đã được đánh giá kỹ và chuẩn hóa thay vì hệ thống thử nghiệm, trừ khi có lý do thuyết phục và được chuyên gia rà soát.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và chữ ký blockchain

Chữ ký số là một trong những thành phần mật mã quan trọng nhất của hệ thống blockchain.

Chữ ký giao dịch chứng minh rằng người nắm giữ khóa riêng tư đã ủy quyền giao dịch.

Nếu máy tính lượng tử trong tương lai có thể suy ra khóa riêng tư từ khóa công khai của một sơ đồ chữ ký hiện tại, người dùng có thể phải đối mặt với rủi ro nghiêm trọng.

Đó là lý do cộng đồng blockchain nghiên cứu chữ ký hậu lượng tử.

Chữ ký dựa trên đẳng cấu có thể hấp dẫn vì chữ ký gọn có thể giảm lượng dữ liệu blockchain.

Tuy nhiên, việc triển khai trên blockchain đòi hỏi tiêu chuẩn rất cao.

Một sơ đồ chữ ký dành cho blockchain phải an toàn, đủ nhanh, dễ xác minh, hoạt động an toàn trên ví phần cứng, chống được tấn công kênh kề và phù hợp với các node.

Sơ đồ này cũng phải tương thích với định dạng địa chỉ, định dạng giao dịch, thiết kế multisig, thị trường phí và hệ thống khôi phục ví.

Mật mã dựa trên đẳng cấu có thể giúp giải quyết một số bài toán đánh đổi, nhưng cần nhiều năm đánh giá trước khi các tài sản có giá trị lớn phụ thuộc vào nó.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và bảo mật ví

Bảo mật ví phụ thuộc vào khóa riêng tư, chữ ký, tính ngẫu nhiên an toàn, thiết bị bảo mật, bản sao lưu an toàn và việc ký giao dịch cẩn trọng.

Mật mã dựa trên đẳng cấu có thể trở nên liên quan đến ví nếu các tiêu chuẩn ví trong tương lai sử dụng chữ ký hoặc trao đổi khóa dựa trên đẳng cấu.

Hiện nay, hầu hết ví crypto không sử dụng chữ ký dựa trên đẳng cấu để ký giao dịch thông thường.

Người dùng không nên tải về một ví bất kỳ tự nhận là “chống lượng tử” chỉ vì ví đó nhắc đến đẳng cấu.

Ví giả có thể dùng ngôn ngữ mật mã tiên tiến để đánh cắp cụm từ khôi phục.

Không có bản nâng cấp mật mã hợp pháp nào yêu cầu người dùng dán cụm từ khôi phục vào một trang web không rõ nguồn gốc.

Người dùng ví nên dựa vào tài liệu chính thức của dự án, phần mềm đã được kiểm toán, bản dựng có thể tái lập nếu có và các biện pháp sử dụng phần cứng đáng tin cậy.

Toán học tiên tiến không thể bảo vệ người dùng khỏi phishing, phần mềm độc hại hay nhân viên hỗ trợ giả mạo.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và rủi ro lượng tử

Rủi ro lượng tử trong crypto là nguy cơ máy tính lượng tử trong tương lai có thể phá vỡ hệ thống khóa công khai được dùng để bảo vệ tài sản kỹ thuật số.

Mối lo ngại chính không phải là máy tính lượng tử có thể tự nhiên viết lại blockchain.

Điều đáng lo là một số hệ thống khóa công khai có thể trở nên dễ bị tấn công nếu máy tính lượng tử đủ mạnh để giải hiệu quả các bài toán toán học nền tảng.

Trên nhiều blockchain hiện nay, người dùng để lộ khóa công khai khi chi tiêu từ một địa chỉ.

Nếu các cuộc tấn công lượng tử trở nên khả thi, khóa công khai đã bị lộ có thể nguy hiểm hơn khóa công khai vẫn được giữ kín.

Điều này không có nghĩa người dùng cần hoảng sợ ngay lúc này.

Điều đó có nghĩa các dự án blockchain nên xây dựng khả năng linh hoạt về mật mã và kế hoạch chuyển đổi dài hạn.

Mật mã dựa trên đẳng cấu là một phần trong bộ công cụ nghiên cứu phục vụ tương lai đó.

Các dự án crypto nên theo dõi tiêu chuẩn NIST, phân tích mật mã học thuật, chất lượng triển khai và chi phí chuyển đổi trước khi chọn bất kỳ phương pháp hậu lượng tử nào.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và tính linh hoạt về mật mã

Tính linh hoạt về mật mã (crypto-agility) là khả năng thay đổi thuật toán mật mã mà không làm hỏng toàn bộ hệ thống.

Blockchain thường có tính linh hoạt về mật mã thấp vì sơ đồ chữ ký, định dạng địa chỉ, ví phần cứng, hợp đồng thông minh và quy tắc đồng thuận có thể được tích hợp sâu vào hệ thống.

Một mạng không thể dễ dàng thay đổi hệ thống chữ ký có thể gặp khó khăn hơn khi chuyển sang mật mã hậu lượng tử.

Mật mã dựa trên đẳng cấu cho thấy tầm quan trọng của tính linh hoạt về mật mã, vì SIKE từng có triển vọng trước khi bị phá vỡ.

Nếu một dự án tích hợp SIKE vào hạ tầng quan trọng quá sớm, dự án đó sẽ cần thay thế khẩn cấp.

Thiết kế an toàn hơn cho phép nâng cấp, loại bỏ dần thuật toán hoặc kết hợp thuật toán với phương pháp lai khi kết quả nghiên cứu thay đổi.

Tính linh hoạt về mật mã không chỉ là vấn đề của chính phủ hay doanh nghiệp.

Đây cũng là vấn đề sống còn của blockchain vì các mạng công khai có thể cần bảo vệ tài sản trong nhiều thập kỷ.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và mật mã lai

Mật mã lai kết hợp từ hai phương pháp mật mã trở lên để giảm mức độ phụ thuộc vào một giả định duy nhất.

Ví dụ, trong giai đoạn chuyển đổi, một hệ thống có thể kết hợp trao đổi khóa cổ điển với trao đổi khóa hậu lượng tử.

Cách này có thể giúp bảo vệ trước nguy cơ một phương pháp bị phá vỡ trước phương pháp còn lại.

Trong hạ tầng crypto, phương pháp lai có thể hữu ích cho thông tin liên lạc được mã hóa, kết nối mạng của validator, nền tảng lưu ký và giao thức off-chain.

Chữ ký blockchain lai phức tạp hơn vì chữ ký ảnh hưởng đến kích thước giao dịch, quy tắc xác minh, định dạng địa chỉ và hoạt động đồng thuận.

Về lý thuyết, một thành phần dựa trên đẳng cấu có thể nằm trong thiết kế lai, nhưng chỉ sau khi được đánh giá cẩn thận.

Nhà phát triển không chuyên về mật mã không nên tùy tiện kết hợp các thiết kế lai.

Kết hợp thuật toán không đúng cách có thể tạo ra lỗ hổng mới ngay cả khi từng thuật toán riêng lẻ đều mạnh.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và hợp đồng thông minh

Hợp đồng thông minh có thể cần xác minh bằng chứng mật mã, chữ ký hoặc kết quả trao đổi khóa.

Nếu chữ ký dựa trên đẳng cấu được sử dụng on-chain, hợp đồng thông minh có thể cần logic xác minh hoặc hỗ trợ biên dịch sẵn.

Việc này có thể tốn kém vì thuật toán hậu lượng tử thường có khóa lớn hơn, chữ ký lớn hơn hoặc quy trình xác minh phức tạp hơn các sơ đồ hiện tại.

Chữ ký dựa trên đẳng cấu có thể hấp dẫn khi kích thước chữ ký nhỏ, nhưng chi phí xác minh và độ phức tạp khi triển khai vẫn là những yếu tố quan trọng.

Môi trường hợp đồng thông minh cũng có các giới hạn nghiêm ngặt: phí gas, giới hạn bộ nhớ và khả năng thực thi xác định có thể khiến mật mã tiên tiến khó áp dụng.

Trước khi sử dụng bất kỳ hệ thống dựa trên đẳng cấu nào trong hợp đồng thông minh, nhà phát triển phải nghiên cứu hiệu suất, giả định bảo mật, vấn đề kênh kề và khả năng kiểm toán.

Một sơ đồ vững chắc về mặt toán học vẫn có thể không an toàn nếu được triển khai sai.

Sai sót mật mã trong hợp đồng thông minh đặc biệt tốn kém vì mã đã triển khai có thể kiểm soát tài sản thực.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và DeFi

DeFi phụ thuộc vào chữ ký, hợp đồng thông minh, oracle, bridge và ví người dùng.

Mật mã dựa trên đẳng cấu có thể trở nên quan trọng với DeFi trong tương lai nếu chữ ký hoặc trao đổi khóa hậu lượng tử được tích hợp vào thiết kế ví và giao thức.

Ví dụ, một ví hậu lượng tử có thể tương tác với giao thức cho vay, hoán đổi, vault và hệ thống tài sản token hóa trong tương lai.

Tuy nhiên, bảo mật DeFi còn có nhiều lớp khác ngoài thuật toán chữ ký.

Một giao thức có thể sử dụng mật mã hậu lượng tử mạnh nhưng vẫn thất bại do oracle lỗi, quản trị bị xâm phạm, thiết kế thanh lý yếu hoặc khóa admin độc hại.

Việc chuyển đổi sang hậu lượng tử không nên khiến người dùng xao nhãng khỏi những rủi ro DeFi thông thường hiện nay.

Người dùng vẫn cần xem xét kiểm toán hợp đồng thông minh, quyền hạn, thanh khoản, thiết kế tài sản thế chấp và các phê duyệt ví.

Khả năng chống lại máy tính lượng tử chỉ là một phần trong bức tranh bảo mật rộng hơn.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và bridge

Bridge blockchain thường phụ thuộc vào chữ ký, tập hợp validator, hội đồng multisig, light client hoặc bằng chứng zero-knowledge.

Nếu bridge sử dụng sơ đồ chữ ký trở nên dễ bị máy tính lượng tử tấn công, bảo mật của bridge có thể suy yếu theo thời gian.

Chữ ký dựa trên đẳng cấu có thể trở nên phù hợp với bảo mật bridge trong tương lai nếu phát triển thành công cụ hậu lượng tử thiết thực và được chuẩn hóa.

Tuy nhiên, bridge vốn đã có rủi ro cao ngay cả khi không có kẻ tấn công lượng tử.

Nhiều sự cố bridge bắt nguồn từ lỗi hợp đồng thông minh, khóa bị xâm phạm, quản trị yếu, lỗi xác thực hoặc sai sót vận hành.

Chữ ký hậu lượng tử không thể tự khắc phục thiết kế bridge kém.

Các nhà phát triển crypto nên xem mật mã dựa trên đẳng cấu là một thành phần tiềm năng trong tương lai, không phải giải pháp bảo mật bridge toàn diện.

Người dùng bridge nên luôn tìm hiểu mô hình tin cậy đang bảo vệ tài sản họ chuyển.

Lợi ích của mật mã dựa trên đẳng cấu

Lợi ích tiềm năng đầu tiên của mật mã dựa trên đẳng cấu là tính gọn nhẹ.

Một số thiết kế dựa trên đẳng cấu có khóa công khai hoặc chữ ký nhỏ so với các phương pháp hậu lượng tử khác.

Điều này có thể hữu ích trong hệ thống blockchain, nơi kích thước dữ liệu ảnh hưởng đến phí, thời gian đồng bộ, băng thông và dung lượng lưu trữ.

Lợi ích tiềm năng thứ hai là sự đa dạng về mặt toán học.

Hệ thống dựa trên đẳng cấu dựa vào các giả định khác với hệ thống dựa trên lattice, góp phần đa dạng hóa bộ công cụ hậu lượng tử.

Lợi ích tiềm năng thứ ba là sự tương thích với cách tư duy về đường cong elliptic.

Nhiều nhà mật mã học và kỹ sư blockchain đã hiểu các khái niệm về đường cong elliptic, dù hệ thống đẳng cấu đòi hỏi kiến thức chuyên sâu hơn nhiều.

Lợi ích tiềm năng thứ tư là giá trị nghiên cứu dài hạn.

Ngay cả khi chỉ một số sơ đồ dựa trên đẳng cấu tồn tại được, lĩnh vực này vẫn có thể tạo ra công cụ, hiểu biết và lựa chọn thay thế hữu ích cho quá trình chuyển đổi mật mã trong tương lai.

Rủi ro của mật mã dựa trên đẳng cấu

Rủi ro lớn nhất là sự bất định trong phân tích mật mã.

Sự cố SIKE cho thấy một hệ thống dựa trên đẳng cấu đầy hứa hẹn vẫn có thể thất bại sau khi được phân tích sâu hơn.

Một rủi ro khác là độ phức tạp khi triển khai.

Phép tính đẳng cấu có thể khó được triển khai an toàn, hiệu quả và nhất quán trên nhiều thiết bị.

Rủi ro tấn công kênh kề cũng rất quan trọng vì kẻ tấn công có thể tìm hiểu bí mật thông qua thời gian xử lý, mức tiêu thụ điện, hoạt động bộ nhớ đệm hoặc tín hiệu vật lý khác.

Hiệu suất cũng có thể là thách thức tùy theo sơ đồ và trường hợp sử dụng.

Một số hệ thống có thể có kích thước khóa hấp dẫn nhưng tốc độ ký, xác minh hoặc tạo khóa chậm.

Rủi ro về chuẩn hóa cũng là một vấn đề vì nhiều ứng dụng crypto không nên dựa vào thuật toán thử nghiệm trước khi được chuyên gia đánh giá rộng rãi.

Đối với ứng dụng blockchain, rủi ro chuyển đổi có thể là vấn đề khó nhất vì thay đổi chữ ký hoặc định dạng khóa có thể đòi hỏi sự phối hợp trên toàn hệ sinh thái.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và mật mã dựa trên lattice

Hiện nay, mật mã dựa trên lattice là họ hậu lượng tử quan trọng nhất trong các hệ thống đã được chuẩn hóa và triển khai.

Các tiêu chuẩn PQC đầu tiên của NIST bao gồm ML-KEM và ML-DSA, dựa trên những giả định liên quan đến lattice.

Mật mã dựa trên đẳng cấu sử dụng các cấu trúc toán học khác, liên quan đến đường cong elliptic và đẳng cấu.

Các sơ đồ dựa trên lattice hiện được hỗ trợ mạnh hơn về chuẩn hóa và sẵn sàng triển khai rộng rãi hơn.

Một số thiết kế dựa trên đẳng cấu có thể gọn nhẹ hấp dẫn, nhưng họ mật mã này đã gặp thất bại lớn và cần được đánh giá cẩn trọng.

Các dự án crypto không nên chọn mật mã dựa trên đẳng cấu chỉ vì nó có vẻ tiên tiến.

Họ nên so sánh mức độ hoàn thiện về bảo mật, hiệu suất, kích thước chữ ký, chi phí xác minh, độ an toàn khi triển khai, hỗ trợ tiêu chuẩn và công cụ trong hệ sinh thái.

Trong hầu hết kế hoạch blockchain ngắn hạn, các thuật toán đã được NIST chuẩn hóa cần được quan tâm kỹ trước những lựa chọn thay thế còn đang thử nghiệm.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và chữ ký dựa trên hash

Chữ ký dựa trên hash dựa vào tính bảo mật của các hàm hash mật mã.

SLH-DSA của NIST là tiêu chuẩn chữ ký số dựa trên hash không trạng thái.

Chữ ký dựa trên hash hấp dẫn vì các giả định bảo mật của chúng mang tính thận trọng và đã được hiểu rõ.

Tuy nhiên, chữ ký dựa trên hash có thể lớn hơn chữ ký blockchain hiện tại.

Chữ ký dựa trên đẳng cấu có thể hướng đến kích thước nhỏ hơn nhiều, đó là lý do chúng vẫn được quan tâm trong lĩnh vực blockchain.

Đánh đổi là các giả định dựa trên đẳng cấu chuyên biệt hơn và từng trải qua những bước ngoặt lớn trong phân tích mật mã.

Trong một số trường hợp, nhà thiết kế blockchain có thể ưu tiên chữ ký lớn hơn nhưng thận trọng hơn; trong những trường hợp khác, họ có thể chọn chữ ký nhỏ hơn nhưng còn thử nghiệm.

Lựa chọn phù hợp phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện về bảo mật, chi phí dữ liệu, nhu cầu xác minh và lộ trình nâng cấp.

Mật mã dựa trên đẳng cấu và an toàn người dùng

Người dùng crypto không cần tự thực hiện phép tính đẳng cấu.

Nếu mật mã dựa trên đẳng cấu trở thành một phần của các ví phổ biến, công nghệ này nên được tích hợp bên trong phần mềm và phần cứng đã được kiểm toán kỹ.

Người dùng nên thận trọng với ứng dụng, trang web hoặc token tự nhận là “được bảo mật bằng đẳng cấu” nhưng không có tài liệu rõ ràng và đánh giá độc lập.

Kẻ lừa đảo thường dùng ngôn ngữ mật mã tiên tiến để tạo lòng tin giả.

Kẻ lừa đảo có thể tuyên bố ví an toàn trước máy tính lượng tử nhưng thực chất lại đánh cắp khóa riêng tư.

Bản nâng cấp giả có thể yêu cầu người dùng nhập cụm từ khôi phục với lý do cần chuyển sang bảo mật hậu lượng tử.

Không có quá trình chuyển đổi mật mã thực sự nào yêu cầu người dùng tiết lộ khóa riêng tư hoặc cụm từ khôi phục cho một trang web.

Thói quen an toàn nhất là xác minh nguồn chính thức, chờ công cụ được kiểm toán và không tin các tin nhắn riêng thúc giục chuyển đổi khẩn cấp.

Những hiểu lầm thường gặp về mật mã dựa trên đẳng cấu

Một hiểu lầm là mật mã dựa trên đẳng cấu cũng giống mật mã đường cong elliptic thông thường.

Cả hai đều sử dụng đường cong elliptic, nhưng dựa trên các bài toán toán học khác nhau.

Một hiểu lầm khác là sự cố SIKE đã phá hủy mọi hệ thống mật mã dựa trên đẳng cấu.

Không nên sử dụng SIKE và SIDH, nhưng các hệ thống dựa trên đẳng cấu khác như CSIDH và SQIsign dựa trên thiết kế khác.

Hiểu lầm thứ ba là mật mã dựa trên đẳng cấu đã trở thành giải pháp mặc định cho blockchain hậu lượng tử.

Đây không phải giải pháp mặc định vì các tiêu chuẩn NIST hiện tại chủ yếu tập trung vào phương pháp dựa trên lattice và hash.

Hiểu lầm thứ tư là mật mã chống lượng tử giúp ví an toàn trước mọi cuộc tấn công.

Công nghệ này không bảo vệ người dùng khỏi phishing, phần mềm độc hại, ứng dụng giả, mất cụm từ khôi phục hay hợp đồng thông minh độc hại.

Hiểu lầm thứ năm là chữ ký nhỏ luôn tốt hơn.

Chữ ký nhỏ rất hữu ích, nhưng mức độ hoàn thiện về bảo mật và độ an toàn khi triển khai quan trọng hơn.

Thực tiễn tốt nhất cho các dự án crypto nghiên cứu mật mã dựa trên đẳng cấu

Theo dõi tiêu chuẩn NIST và các cập nhật PQC chính thức trước khi chọn thuật toán cho hệ thống sản xuất.

Không triển khai SIDH hoặc SIKE vì tài liệu công khai hiện nay cho biết các hệ thống này không an toàn và không nên được sử dụng.

Nghiên cứu chữ ký dựa trên đẳng cấu như SQIsign với tư cách là ứng viên nghiên cứu, thay vì lựa chọn mặc định cho hệ thống sản xuất.

Tích hợp tính linh hoạt về mật mã vào ví, node, hệ thống lưu ký và hợp đồng thông minh trước khi việc chuyển đổi lượng tử trở nên cấp bách.

Sử dụng chuyên gia mật mã để đánh giá thay vì tự tạo các tổ hợp giao thức.

Chỉ xem xét phương pháp lai khi chúng được chuyên gia thiết kế và đánh giá.

Kiểm tra hiệu suất trong điều kiện thực tế của blockchain như kích thước giao dịch, chi phí xác minh, khả năng của ví phần cứng và yêu cầu đối với node.

Hướng dẫn rõ ràng cho người dùng để kẻ lừa đảo không thể lợi dụng ngôn ngữ về chuyển đổi hậu lượng tử nhằm đánh cắp cụm từ khôi phục.

Câu hỏi thường gặp

Mật mã dựa trên đẳng cấu là gì?

Mật mã dựa trên đẳng cấu là một dạng mật mã khóa công khai sử dụng các bài toán khó liên quan đến đẳng cấu giữa các đường cong elliptic.

Mật mã dựa trên đẳng cấu có phải là tiền mã hóa không?

Không. Mật mã dựa trên đẳng cấu là một lĩnh vực mật mã học toán học, không phải tiền mã hóa, token, ví, mạng blockchain hay hợp đồng thông minh.

Vì sao mật mã dựa trên đẳng cấu quan trọng với crypto?

Công nghệ này quan trọng vì ví crypto, chữ ký, hệ thống lưu ký, khóa validator và giao thức blockchain có thể cần được bảo vệ bằng mật mã hậu lượng tử trong tương lai.

Mật mã dựa trên đẳng cấu có phải là mật mã hậu lượng tử không?

Một số sơ đồ dựa trên đẳng cấu được thiết kế làm mật mã hậu lượng tử, nhưng cần đánh giá riêng từng sơ đồ.

Đẳng cấu là gì?

Đẳng cấu là một ánh xạ toán học bảo toàn cấu trúc giữa các đường cong elliptic.

Điều gì đã xảy ra với SIKE?

SIKE bị phá vỡ thông qua phân tích mật mã vào năm 2022. Đặc tả SIKE cập nhật cho biết SIKE và SIDH không an toàn và không nên được sử dụng.

Cuộc tấn công SIKE có phá vỡ toàn bộ mật mã dựa trên đẳng cấu không?

Không. Phụ lục SIKE nêu rõ một số hệ thống dựa trên đẳng cấu như CGL, CSIDH và SQIsign không dựa trên SIDH và không bị ảnh hưởng bởi nhóm tấn công đó.

SQIsign là gì?

SQIsign là một đề xuất chữ ký số dựa trên đẳng cấu đã vào vòng tiếp theo trong quy trình chữ ký số hậu lượng tử bổ sung của NIST.

Hiện nay blockchain có sử dụng chữ ký dựa trên đẳng cấu không?

Hiện nay, hầu hết blockchain phổ biến không sử dụng chữ ký dựa trên đẳng cấu để ký giao dịch thông thường.

Vì sao chữ ký nhỏ quan trọng với blockchain?

Chữ ký nhỏ có thể giảm kích thước giao dịch, gánh nặng lưu trữ, mức sử dụng băng thông và chi phí xác minh.

Người dùng có nên chuyển ví sang mật mã dựa trên đẳng cấu ngay bây giờ không?

Người dùng không nên chuyển đổi chỉ dựa trên những tuyên bố không rõ nguồn gốc; hãy chờ bản nâng cấp ví hoặc giao thức chính thức, đã được kiểm toán và đánh giá kỹ.

Kẻ lừa đảo có thể lợi dụng các tuyên bố về mật mã dựa trên đẳng cấu không?

Có. Kẻ lừa đảo có thể dùng các thuật ngữ như an toàn trước máy tính lượng tử, hậu lượng tử hoặc bảo mật bằng đẳng cấu để quảng bá ví giả, quy trình chuyển đổi giả hoặc đánh cắp cụm từ khôi phục.

Kết luận

Mật mã dựa trên đẳng cấu là một lĩnh vực mật mã hậu lượng tử tiên tiến, được xây dựng xoay quanh các ánh xạ toán học giữa những đường cong elliptic.

Đây không phải là tiền mã hóa, token, ví, khóa riêng tư, cụm từ khôi phục, validator, pool đào, mạng blockchain, hợp đồng thông minh hay chiến lược giao dịch.

Tầm quan trọng của lĩnh vực này với crypto xuất phát từ nhu cầu dài hạn bảo vệ ví, chữ ký, hệ thống validator, bridge, hạ tầng lưu ký và thông tin liên lạc được mã hóa trước các mối đe dọa lượng tử trong tương lai.

Mật mã dựa trên đẳng cấu trở nên nổi tiếng vì các hệ thống như SIDH và SIKE có khóa công khai gọn nhẹ cùng thiết kế hậu lượng tử tinh tế.

Tuy nhiên, sự cố SIKE năm 2022 cho thấy những ý tưởng mật mã đầy hứa hẹn vẫn có thể thất bại sau khi được phân tích sâu hơn.

Thất bại này là lời cảnh báo không nên vội đưa mật mã thử nghiệm vào các hệ thống bảo vệ tài sản kỹ thuật số thực.

Đồng thời, sự cố SIKE không chấm dứt toàn bộ nghiên cứu về đẳng cấu.

Các hệ thống như CSIDH và SQIsign dựa trên những ý tưởng khác, còn SQIsign vẫn có vai trò trong nghiên cứu chữ ký số hậu lượng tử.

Bài học quan trọng nhất dành cho các nhà phát triển blockchain là tính linh hoạt về mật mã.

Các mạng nên chuẩn bị cho việc chuyển đổi mật mã trong tương lai mà không khóa mình vào những thuật toán chưa được chứng minh quá sớm.

Đối với người dùng, bài học quan trọng nhất là sự an toàn.

Ngôn ngữ về khả năng chống lượng tử không khiến một ứng dụng trở nên đáng tin cậy, và không có quá trình chuyển đổi thực sự nào yêu cầu người dùng nhập cụm từ khôi phục hoặc khóa riêng tư vào trang web.

Mật mã dựa trên đẳng cấu cuối cùng có thể giúp giải quyết những vấn đề blockchain khó như chữ ký hậu lượng tử gọn nhẹ, nhưng cần được chuẩn hóa cẩn thận, rà soát quá trình triển khai và kiểm tra trong toàn hệ sinh thái.

Cách hiểu an toàn nhất hiện nay là xem đây là một lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn nhưng cần thận trọng, nằm trong quá trình chuyển đổi mật mã hậu lượng tử rộng lớn hơn.

Không ứng dụng ví, nhóm phát triển giao thức, nhân viên hỗ trợ, công cụ chuyển đổi, bridge, nhà giáo dục hay trang web nào được yêu cầu người dùng cung cấp cụm từ khôi phục, khóa riêng tư, cụm từ khôi phục ví, mật khẩu hoặc mã xác thực hai yếu tố.