A Fundação Ethereum publica roteiro de segurança quântica com quatro hard forks planejados.

O processo de Ethereum Fundação tem publicado uma estrutura roadmap Para proteger a rede contra ameaças da computação quântica, a fundação delineou quatro hard forks planejados e uma série de mudanças no nível do protocolo que afetarão todas as camadas da estrutura Ethereum. A fundação espera que a reformulação principal seja concluída até 2029, embora a migração completa em todo o ecossistema mais amplo deva levar vários anos adicionais além disso.

Por que o Ethereum está se preparando para as ameaças quânticas agora?

Segundo a maioria das estimativas dos desenvolvedores, não se espera que computadores quânticos capazes de quebrar os sistemas criptográficos que protegem as redes blockchain existam antes de oito a doze anos. Apesar desse prazo, a Fundação Ethereum deixou claro por que o trabalho deve começar agora.

Migrar um protocolo global descentralizado não é um processo rápido. Envolve anos de pesquisa, engenharia, verificação formal e coordenação entre equipes em todas as camadas de um sistema que lida com bilhões de dólares em valor. A fundação definiu isso como um problema de engenharia com prazos concretos, em vez de uma hipótese distante.

A pesquisa em criptografia pós-quântica na Fundação Ethereum já está em andamento há mais de oito anos, envolvendo equipes focadas em criptografia, arquitetura de protocolos e coordenação. O roteiro publicado recentemente marca uma transição dessa fase de pesquisa exploratória e dispersa para um plano estruturado e de acesso público com metas específicas para bifurcações.

O principal problema da computação quântica e das blockchains

A criptografia de chave pública é a base da propriedade digital, da autenticação e do consenso em todas as principais redes blockchain, incluindo o Ethereum. Em termos simples, é o sistema que comprova que você é o dono da sua carteira e autoriza suas transações. Espera-se que os computadores quânticos, quando suficientemente poderosos, sejam capazes de quebrar esse sistema, resolvendo os problemas matemáticos que atualmente o tornam seguro.

Para o Ethereum, essa ameaça se estende por três camadas distintas de seu protocolo, cada uma das quais requer sua própria estratégia de migração.

Quais são os quatro hard forks no roteiro quântico do Ethereum?

A equipe de pesquisa da Ethereum Foundation propôs quatro atualizações específicas para o protocolo, cada uma visando um aspecto diferente da resiliência quântica. Um hard fork, para quem não está familiarizado com o termo, é uma mudança permanente nas regras de um blockchain que exige que todos os participantes atualizem seus protocolos para permanecerem compatíveis com a rede.

As quatro melhorias planejadas são:

• No Fork, darei aos validadores da rede uma chave pública segura para computação quântica que poderá ser ativada rapidamente caso um computador quântico capaz surja antes do esperado.
• A Fork J reduzirá os custos de gás associados à verificação de assinaturas pós-quânticas seguras, tornando os novos métodos criptográficos mais práticos para uso em larga escala.
• O Fork L irá comprimir a capacidade da rede de representar o estado do blockchain em provas de conhecimento zero, melhorando a eficiência sob os novos padrões criptográficos.
• O Fork M estenderá as proteções quânticas às redes de camada 2 do Ethereum, que processam a maior parte da atividade voltada para o usuário no ecossistema.

Os desenvolvedores estão considerando as duas primeiras bifurcações, Fork I e Fork J, para inclusão na próxima bifurcação rígida (hard fork) do Hegota, que deve ser implementada ainda este ano.

Como a transição afetará cada camada do protocolo Ethereum?

A migração afetará todas as três camadas principais do protocolo, cada uma com sua própria abordagem técnica e cronograma.

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Na camada de execução, o foco está em permitir que os usuários migrem para autenticação segura contra computação quântica por meio da abstração de contas. A abstração de contas é um mecanismo que permite que as carteiras operem sob regras programáveis ​​em vez de suposições criptográficas fixas, o que significa que os usuários podem fazer a transição para novos esquemas de assinatura sem uma atualização forçada e simultânea em toda a rede.

Na camada de consenso, o desafio é mais complexo. O Ethereum atualmente usa assinaturas BLS para autenticação de validadores. O BLS é um esquema de assinatura valorizado por sua capacidade de agregar milhares de assinaturas individuais de validadores em uma única prova compacta, o que é crucial para uma rede com centenas de milhares de validadores ativos. 

As alternativas pós-quânticas, especificamente as assinaturas baseadas em hash usando um esquema chamado leanXMSS, não possuem as mesmas propriedades de agregação nativas. Para compensar, pesquisadores do Ethereum estão desenvolvendo uma abordagem de agregação baseada em SNARK usando uma máquina virtual de conhecimento zero minimalista chamada leanVM.

Na camada de dados, a migração se estende à segurança de como a rede lida com objetos BLOB, que são grandes pacotes de dados usados ​​para garantir a disponibilidade de dados na camada 2. A atualização Dencun, em 2024, introduziu o tratamento de BLOBs para reduzir significativamente as taxas da camada 2, e garantir que a infraestrutura seja segura para ataques quânticos é uma parte necessária dessa transição mais ampla.

O desafio da escalabilidade na criptografia pós-quântica

Um problema técnico recorrente nos esquemas criptográficos pós-quânticos é que eles tendem a gerar assinaturas significativamente maiores e exigem mais recursos computacionais do que os métodos que substituem. Isso cria uma tensão direta com o esforço contínuo do Ethereum para manter as taxas baixas e a capacidade de processamento de transações alta.

O desenvolvimento de técnicas de agregação baseadas em provas de conhecimento zero é a principal ferramenta que os pesquisadores do Ethereum estão utilizando para gerenciar esse equilíbrio. O objetivo é absorver o aumento da sobrecarga criptográfica sem repassar aumentos proporcionais de custo para usuários ou validadores.

O princípio mais amplo que orienta a transição é o que os pesquisadores chamam de "agilidade criptográfica", que se refere ao desenvolvimento do protocolo de forma que seus principais elementos criptográficos possam ser substituídos ao longo do tempo sem exigir uma reformulação disruptiva e completa da rede.

Onde se encaixa o roteiro quântico na agenda de atualizações mais ampla do Ethereum?

O roteiro quântico surge em um período de foco renovado na direção técnica central do Ethereum. No início deste ano, o cofundador Vitalik Buterin desafiado publicamente A suposição de que o crescimento da rede de camada 2 equivalia automaticamente à escalabilidade do próprio Ethereum, provocou uma discussão mais ampla sobre como deveria ser a arquitetura de longo prazo da rede.

O impulso pós-quântico é parte integrante desse roteiro reformulado. Buterin descreveu o documento de planejamento pós-quântico da fundação como "muito importante" e publicou separadamente propostas sobre algoritmos de criptografia e métodos de verificação de transações voltados para a mesma ameaça. Enquanto os ciclos de atualização anteriores priorizavam a experiência do usuário e a redução de taxas, a fase atual adiciona a durabilidade criptográfica a longo prazo como uma restrição de projeto primordial.

Recursos

1. Fundação Ethereum em XPostagem de 24º de março

2. Site do Ethereum Pós-QuânticoInformações gerais

3. Reportagem da CoinDeskEthereum enfrenta um momento decisivo em um delicado equilíbrio de alto risco, à medida que aumentam as pressões de escalabilidade, computação quântica e inteligência artificial.

4. Reportagem da DL NewsRepensando a camada 2 do Ethereum? Vitalik Buterin apresenta novo roteiro em meio à queda de preços.