2024년 3월 10일, 이더리움 공동 창업자 비탈릭 부테린은 이더리움 연구 포럼(ethresear.ch)에 "대부분의 사용자 자금을 절약하기 위해 하드포크하는 방법"이라는 최신 기사를 게재했습니다. 양자 비상"[1] 기사에서는 이더리움 생태계가 직면한 양자 컴퓨팅 공격의 위협을 복원 포크 전략과 반양자 암호화 기술을 통해 사용자 자금의 보안을 보호하는 데 사용할 수 있다고 명시했습니다.
블록체인에 대한 양자 보안 위협은 정확히 무엇입니까?
양자 컴퓨팅[2]은 양자역학을 이용해 계산을 위한 양자 정보 단위를 제어하는 새로운 컴퓨팅 모델입니다. 개념이 제안된 지 10년이 채 지나지 않아 양자 컴퓨터는 추상적인 이론 단계에 머물렀습니다. 1990년대 중반까지 양자 알고리즘에는 Shor의 알고리즘[3](다항식 시간의 큰 수 분해 및 이산 로그의 어려운 문제를 해결)과 Grover의 알고리즘[4](비정형 데이터에 대한 철저한 검색 제공)이 있었습니다. 2차 가속도 제안을 통해 양자 컴퓨팅은 추상적인 이론 단계를 뛰어넘어 현재 양자 컴퓨터라고 불리는 물리적 캐리어 연구 개발의 새로운 단계로 진입할 수 있게 되었습니다. 아래 그림은 1998년부터 2026년까지 양자 컴퓨터의 물리적 큐비트 개발 로드맵을 보여줍니다.
양자 컴퓨팅은 만병통치약이 아니며 모든 컴퓨팅 문제를 해결할 수는 없습니다. 현재는 시뮬레이션(자연에서 발생하는 프로세스 시뮬레이션, 화학 및 생물학 공학에 적합), 해독(가장 전통적인 암호화 시스템을 깨고 네트워크 보안에 적합), 최적화(실행 가능한 옵션 중에서 최적의 솔루션 찾기, 다음에 적합)에 사용될 수 있습니다. 금융, 공급망) 및 기타 특정 도메인 문제.
현재 블록체인이 광범위하게 적용되는 것은 서로 다른 요청 당사자 간의 협력에 새로운 신뢰 기반을 제공한다는 사실에서 비롯되며, 이 신뢰 기반은 기본 암호화에서 제공하는 보안 보장을 기반으로 합니다.
신뢰할 수 있는 신원 및 거래 권한 확인: 비대칭 공개 키와 개인 키 쌍을 기반으로 사용자가 신뢰할 수 있는 ID를 설정하고 ID 정보를 통합적으로 관리합니다. 디지털 자산의 소유권은 디지털 서명을 통해 확인되며, 유효한 서명이 있는 개인 키 보유자가 실제로 해당 자산을 소유하게 됩니다.
핵심 합의 및 운영 보안: 해시 함수, 임계값 서명, 검증 가능한 무작위 기능과 같은 최신 암호화 기술을 기반으로 합의 메커니즘을 구축하여 합의 메커니즘의 보안을 보장합니다.
개인 정보 보호 및 안전한 공유: 영지식 증명, 안전한 다자간 계산, 완전 동형 등 다양한 기능의 암호화 기술을 기반으로 개인 정보 보호 솔루션을 구축하여 블록체인에서 데이터를 안전하게 공유할 수 있습니다.
제어 가능한 감독 및 규정 준수 애플리케이션: 링 서명, 동형 암호화 체계, 숨겨진 주소 및 비밀 공유와 같은 암호화 기술을 통합 및 배포하여 블록체인 거래의 안전한 감독을 보장합니다.
공개 키 암호화의 사용은 크게 체인의 거래 변조를 방지하는 데 사용되는 디지털 서명 메커니즘과 노드 간 통신에 사용되는 보안 전송 프로토콜로 나눌 수 있습니다. Shor 알고리즘의 영향으로 위 공개 키 암호화의 보안을 효과적으로 보장할 수 없습니다. 암호해독 전용 양자컴퓨터가 대규모로 구현되기까지 걸리는 시간을 고려하는 동시에, 블록체인에 저장된 데이터를 얼마나 오래 보관해야 하는지, 기존 블록체인 시스템이 이를 완료하는 데 얼마나 오랜 시간이 걸릴지 고려하는 것도 중요하다. 양자 보안 수준으로 업그레이드됩니다. 후자의 두 배의 합이 전자보다 크면 블록체인의 데이터는 양자 컴퓨팅으로 인해 심각한 보안 위협을 받게 됩니다.
양자 컴퓨팅의 급속한 발전으로 인해 컴퓨팅 성능이 증가하는 현재 상황을 고려할 때, 현재 보안 위험에 효과적으로 대처할 수 있는 두 가지 주요 기술 접근 방식이 있습니다.
새로운 수학적 문제를 기반으로 하는 포스트 양자 암호화 물리적 장비를 사용하지 않고 [ 5] 기술 경로
특수 물리적 장비를 사용하여 물리적 원리를 기반으로 하는 양자 암호화 [6] 기술 경로.
구현 검증 및 기타 요소와 같은 다양한 요소를 고려하여 장기적인 발전에 따른 블록체인의 보안을 보장하기 위해 기존 비밀번호의 보안과 호환된다는 전제하에 배포를 고려할 수 있습니다. 포스트퀀텀 암호화 마이그레이션을 통해 블록체인을 사전에 양자 안전 수준으로 업그레이드합니다. 이상적으로는 기존 블록체인에서 사용하는 공개 키 암호화 알고리즘을 양자 안전 포스트 양자 암호화 알고리즘으로 업그레이드하면 다음 특성을 최대한 만족해야 합니다.
키가 작고 서명이 짧습니다. 블록체인 각 거래에는 서명 정보가 포함되며, 거래를 확인하는 공개 키도 체인에 저장됩니다. 키와 서명의 크기가 너무 크면 블록체인의 저장 비용과 통신 오버헤드가 크게 증가합니다.
높은 계산 효율성: 블록체인이 각 기간에 처리할 수 있는 트랜잭션 수; 실행은 알고리즘, 특히 서명 검증 알고리즘의 실행 시간과 크게 관련됩니다. 알고리즘의 더 빠른 컴퓨팅 효율성은 고성능 블록체인 애플리케이션을 더 잘 지원할 수 있습니다.
포스트양자암호는 한 문장으로 표현하면 기존 암호알고리즘에 대한 양자컴퓨터 공격에 저항할 수 있는 1세대 암호알고리즘이다.
공개를 지향한다.
새로운 수학 문제에 따라 다름
특수 장비 지원이 필요하지 않음
클래식 컴퓨팅 및 양자 컴퓨팅 조건에서 안전함.
아래 그림에 표시된 대로 현재 5가지 주류 건설 기술 경로가 있습니다. 왼쪽부터 격자, 인코딩, 다변수, 해싱 및 상동성입니다.
격자: 격자 기반 어려움 질문.
인코딩: 디코딩 난이도를 기준으로 합니다.
다변수: 유한 필드에 대한 다변수 2차 다항식 그룹의 난해성에 기초합니다.
Hash: 해시 함수를 기반으로 한 충돌 저항입니다.
동일한 출처: 초특이 타원 곡선을 기반으로 한 의사 무작위 보행.
새로운 세대의 암호화 알고리즘에는 자연스럽게 표준 암호화 시스템의 확립이 수반됩니다. 포스트 양자 암호 표준에 관해 가장 주목할만한 점은 국립표준기술원(NTST)[7]의 포스트 양자 암호 표준화 프로젝트로, 2016년에 시작되어 이제 기본적으로 공식화 막바지에 접어들었습니다. 포스트퀀텀 암호화 표준화. 거의 10년에 걸친 표준화 일정을 되돌아보면 NIST는 4개의 양자 이후 암호화 표준 후보 알고리즘[8]을 다음과 같이 공식적으로 발표했습니다.
2023년 8월 24일, CRYSTALS-KYBER, CRYSTALS-Dilithium 및 SPHINCS+가 각각 FIPS203, FIPS 204 및 FIPS205 표준 초안으로 구성되었습니다[9]. FALCON 표준 초안도 2024년에 발표될 예정입니다.
NIST 표준 외에도 IETF는 상태 저장 해시 서명 알고리즘 XMSS를 2018년과 2019년에 각각 RFC 8391[10]으로, LMS를 RFC 8554[11]로 표준화하여 NIST에서 승인했습니다.
격자 암호 해독을 위한 양자 알고리즘
2024년 4월 10일, Chen Yilei 교사의 eprint에 게재된 "격자 문제에 대한 양자 알고리즘"[12] 기사가 학계에 센세이션을 일으켰습니다. 이 논문은 격자의 어려운 문제를 해결하기 위한 다항식 시간 양자 알고리즘을 제공합니다. 이 알고리즘은 격자의 어려운 문제를 기반으로 하는 많은 암호화 방식에 큰 영향을 미치며 많은 알고리즘이 더 이상 양자 컴퓨터 공격에 저항할 수 없게 만들 수 있습니다. 예를 들어, 현재 널리 사용되는 LWE 가정 기반 동형암호 알고리즘입니다. 논문에 있는 알고리즘의 정확성은 아직 알려지지 않았습니다.
LWE 문제의 난이도는 Oded Regev가 "On lattices, learning with error, Random Linear Codes, and cryptography"[13]라는 논문에서 엄격하게 시연했습니다. 특히 저자는 LWE 문제의 난이도를 다음에서 설명했습니다. 논문에서는 난이도가 격자의 이산 가우스 샘플링 문제로 줄어들고 이산 가우스 샘플링 문제는 GapSVP, SIVP와 같은 고전적인 문제로 쉽게 줄어들 수 있습니다. 물론 각 특정 문제에는 무시되는 특정 매개변수가 있습니다. 여기) LWE 문제가 이러한 고전적인 격자 문제보다 더 어렵다는 것을 보여주세요. LWE 문제의 난이도가 엄격하게 감소된 이후에는 단순한 구조로 인해 (동형) 암호화, 서명, 키 교환과 같은 기본적인 암호화 기본 요소를 다루는 LWE를 기반으로 한 수많은 암호화 방식이 뒤따랐습니다. ID 기반 암호화 및 속성 암호화와 같은 고급 암호화 기본 요소입니다. 그 중 업계에서 널리 사용되고 있는 것은 위에서 언급한 NIST에서 발표한 완전동형암호와 포스트양자표준알고리즘(KYBER, Dilithium 등)이 주로 사용된다.
논문이 공개된 후 학계에 큰 반향을 일으켰고 많은 전문가들 사이에서 논의가 촉발되었습니다. 그러나 논문의 이해가 극도로 어렵기 때문에 논문의 내용을 완전히 이해할 수 있는 학자는 전 세계적으로 5명 미만일 수 있으며, 논문의 정확성을 완전히 검증하는 데는 1~2년이 걸릴 수 있습니다. 현재 많은 사람들이 일부 포럼, 공개 계정, Zhihu 및 기타 플랫폼에서 관련 의견을 표명했습니다. 논문의 알고리즘이 올바른지 모두가 그 영향을 분석하고 있습니다. 아직 결론을 내릴 수는 없습니다. 그중 유명한 암호학자 N. P. Smart는 블로그 기사 "LWE에 대한 제안된 양자 공격의 의미"[14]를 게시했는데, 이 기사는 이 공격의 영향과 몇 가지 의견을 자세히 설명하며 다음과 같이 요약됩니다.
이 논문은 아직 승인되지 않았습니다. 동료 검토는 올바른 것으로 입증되더라도 양자 컴퓨터에 의존하므로 양자 컴퓨터를 아직 사용할 수 없는 한 현재 사용 중인 암호화 체계에 영향을 미치지 않습니다.
논문에 제시된 결과에 따르면 이전에 NIST가 제공한 Kyber 및 Dilithium 표준화 알고리즘을 깨는 것은 여전히 불가능하지만 NIST는 이러한 알고리즘의 매개변수를 재평가할 수 있습니다.
BFV/CKKS/BGV와 같이 일반적으로 사용되는 RLWE 동형 암호화 알고리즘의 경우 이러한 알고리즘은 이 문서의 공격 기능 내에 있습니다. 그러나 학계나 산업계의 관점에서 볼 때 동형암호 기술의 "동형"은 "양자 저항"보다 더 매력적이며 "최첨단 양자 저항"을 추구하기 위해 RLWE를 사용하는 사람은 거의 없습니다. 타원 곡선을 기반으로 한 암호화 방식과 같은 암호화 알고리즘은 이산 로그 난제에 의존하며, 이 문제를 해결하기 위한 양자 알고리즘은 아주 일찍부터 제안되었지만 학계와 업계에서는 여전히 이러한 방식을 연구하고 사용하고 있습니다.
최신 소식: 첸 선생님의 논문 계산에 문제가 있어 그리드 비밀번호 알람이 일시적으로 해제되었습니다.
[1] https://ethresear.ch/t/how-to-hard-fork-to-save-most-users-funds-in-a-퀀텀-emergency/18901/ 9
[2] Benioff P. 물리적 시스템으로서의 컴퓨터: 튜링 기계로 대표되는 컴퓨터의 미세한 양자 역학 해밀턴 모델[J] Journal of StatisticalPhysics, 1980, 22: 563-591.
[ 3] Shor P W. 양자 계산을 위한 알고리즘: 이산 로그 및 인수분해[C]//Proceedings 35th Annual Symposium on Foundations of Computer Science, 1994: 124-134.
[4] Grover L K. 빠른 양자 데이터베이스 검색을 위한 기계적 알고리즘[C]//1996년 제28회 연례 ACM 심포지엄 진행: 212-219.
[5] Bernstein, D.J.(2009). : Bernstein, D.J., Buchmann, J., Dahmen, E. (eds) 포스트 양자 암호화. Springer, Berlin, Heidelberg.
[6] Gisin N, Ribordy G, Tittel W, et al. . 현대 물리학 리뷰, 2002, 74(1): 145.
[7]https://csrc.nist.gov/Projects/post-퀀텀-cryptography/post-퀀텀-cryptography-standardization
[ 8]https://csrc.nist.gov/News/2022/pqc-candidates-to-be-standardized-and-round-4
[9]https://csrc.nist.gov/News /2023/3-draft-fips-for-post-퀀텀-암호화
[10] Huelsing, A., Butin, D., Gazdag, S., Rijneveld, J. 및 A. Mohaisen, "XMSS: eXtended Merkle Signature Scheme", RFC 8391, DOI 10.17487/RFC8391, 2018년 5월, https://www.rfc-editor.org/info/rfc8391>.
[11] McGrew, D., Curcio , M., S. Fluhrer, "Leighton-Micali 해시 기반 서명", RFC 8554, DOI 10.17487/RFC8554, 2019년 4월, https://www.rfc-editor.org/info/rfc8554> ;.
[12] Chen Y. 격자 문제에 대한 양자 알고리즘[J]. 암호화 ePrint 아카이브, 2024.
[13] Regev O. 격자에 대해 오류, 무작위 선형 코드 및 암호화 학습[J]. Journal of the ACM (JACM), 2009, 56(6): 1-40.
[14]https://nigelsmart.github.io/LWE.html
이 기사는 ZAN 팀( X 계정 @ zan_team의 Dongni와 Jiaxing이 공동 작성했습니다.
위 내용은 Lattice 암호동물학을 위한 Quantum of Solace? 격자암호학의 학술논쟁을 분석하는 데 도움이 될 글 한 편의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!
![[웹 프런트엔드] Node.js 빠른 시작](https://img.php.cn/upload/course/000/000/067/662b5d34ba7c0227.png)
