Инфраструктурный криптопроект AmericanFortress опубликовал технический документ с описанием постквантовой системы защиты, призванной обезопасить существующие адреса в сетях Bitcoin, Ethereum и Solana от потенциальных атак с использованием квантовых компьютеров. Главное отличие предложенного подхода заключается в том, что пользователям не придется менять форматы адресов, ротировать приватные ключи или переводить средства на новые кошельки.
Концепция, представленная в архиве научных публикаций IACR ePrint, получила название Zero-Knowledge Proof of Seed Provenance (ZK-PoSP). Она направлена на решение одной из наиболее сложных дилемм в области постквантовой инженерии блокчейна: как защитить цифровые активы стоимостью в сотни миллиардов долларов от будущего квантового взлома, не вызывая при этом масштабного хаоса среди пользователей, перегрузки сетей и риска случайной потери средств.
Идея AmericanFortress заключается в замене традиционной авторизации транзакций на базе эллиптических кривых неинтерактивными доказательствами с нулевым разглашением (NIZK), вычисляемыми на основе исходной сид-фразы кошелька. Это позволяет блокчейнам полностью сохранить действующую экосистему адресов, сделав механизм подтверждения операций устойчивым к квантовым алгоритмам.
Угроза: $470 миллиардов цифровых активов под риском квантового взлома
Хотя появление квантовых компьютеров (CRQC), способных эффективного выполнять алгоритм Шора, остается вопросом нескольких лет, математическая уязвимость классической криптографии с открытым ключом уже сегодня создает серьезные риски для долгосрочной стабильности блокчейнов.
Крупнейшие сети, такие как Bitcoin и Ethereum, используют для подписи транзакций эллиптическую кривую secp256k1, в то время как Solana работает на алгоритме Ed25519. В этих системах, если публичный ключ адреса становится видимым в сети — что происходит при отправке первой транзакции с адреса Pay-to-Public-Key-Hash (P2PKH) или изначально имеет место на устаревших выходах Pay-to-Public-Key (P2PK), — мощный квантовый компьютер сможет восстановить соответствующий приватный ключ и похитить средства.
Масштаб проблемы подтверждают аналитические данные. Согласно отчету компании Galaxy и проекта Project Eleven, около 7 миллионов BTC (что составляет примерно $470 миллиардов по текущему курсу) находятся на адресах, публичные ключи которых уже открыты в реестре. Сюда входят как неактивные монеты ранней эпохи биткоина, включая приблизительно 1.1 миллиона BTC Сатоши Накамото, так и кошельки современных пользователей, применяющих повторное использование адресов или совершавших исходящие переводы.
Стандартные концепции постквантовой миграции предполагают переход на алгоритмы подписи на основе решеток или хеш-функций (например, Dilithium или SPHINCS+). Однако такие решения требуют значительно большего размера ключей и объема данных в транзакциях. Но главное — они обязывают каждого держателя токенов вручную создать новый постквантовый кошелек и перевести туда свои активы. Подобный процесс создает колоссальные операционные сложности для институциональных кастодианов, биржевых фондов (ETF) и обычных пользователей.
Как ZK-PoSP и QBIP32 сохраняют существующие кошельки
Разработка ZK-PoSP от AmericanFortress избегает необходимости массовой миграции активов за счет изменения самого принципа авторизации транзакций, не затрагивая при этом привычную структуру адресов.
Иерархически детерминированные (HD) кошельки, работающие по стандартам BIP32, BIP44 и SLIP-10, генерируют неограниченное количество пар ключей из единой мастер-сид-фразы. В рамках ZK-PoSP вместо публикации стандартной ECDSA-подписи, раскрывающей публичный ключ для потенциального квантового взлома, кошелек-отправитель создает ZK-доказательство. Оно математически подтверждает сети факт владения именно той сид-фразой, из которой был сформирован данный конкретный адрес.
Для корректной и быстрой генерации таких подтверждений команда AmericanFortress разработала специализированный алгоритм QBIP32. За один вызов функции QBIP32 формирует скаляр подписи, постквантовый свидетель (witness) и обновленный код цепи (chain code). Алгоритм универсален и может применяться к простым эллиптическим кривым, что обеспечивает совместимость как с secp256k1 (Bitcoin, Ethereum), так и с Ed25519 (Solana).
Поскольку доказательство с нулевым разглашением подтверждает права собственности без раскрытия самой сид-фразы или классического приватного ключа, квантовый компьютер, наблюдающий за транзакцией в сети, не сможет извлечь данные для кражи активов.
«Наша цель — сохранить существующую идентичность и привычный пользовательский опыт, — подчеркивают в AmericanFortress. — Держатели продолжают использовать свои привычные кошельки и сид-фразы, в то время как базовый слой верификации незаметно переходит на доказательства с нулевым разглашением».
Производительность и технические бенчмарки
Чтобы доказать практическую применимость решения, инженеры AmericanFortress реализовали прототип ZK-PoSP на языке Rust с использованием виртуальной машины доказательств с нулевым разглашением RISC Zero (zkVM).
Согласно приведенным в исследовании результатам тестов:
- Время генерации доказательства: Создание одноразового ZK-доказательства для транзакции на стандартном 16-ядерном сервере занимает от 12 до 13 секунд.
- Время проверки в сети: Проверка доказательства нодой блокчейна на уровне консенсуса занимает от 9 до 10 миллисекунд.
- Вычислительная стоимость: Генерация первичного доказательства настройки для адреса обходится примерно в $0.002, а последующие транзакционные доказательства стоят в среднем $0.00125.
Хотя 12 секунд на генерацию подписи со стороны клиента — это медленнее, чем мгновенное подписание через классический ECDSA, разработчики считают такой размен полностью оправданным ради защиты крупных капиталов и холодных хранилищ от квантовой угрозы.
Сложности
Несмотря на перспективность технологии, предложенная AmericanFortress схема сталкивается с рядом существенных препятствий перед возможным внедрением в реальные сети Bitcoin, Ethereum или Solana.
Во-первых, решение требует обновлений на уровне консенсуса всей сети. Чтобы ZK-PoSP заработал, узлы блокчейна должны быть обновлены для приема и валидации NIZK-доказательств наравне с традиционными подписями. В децентрализованных сетях вроде Биткоина добавление новых схем авторизации требует широкого согласия сообщества, глубокого аудита и проведения софтфорка или хардфорка. До момента официального принятия таких верификаторов сетью кошельки с открытыми публичными ключами остаются уязвимыми.
Во-вторых, постквантовая надежность ZK-PoSP на данном этапе носит статус «гипотетической». Так как схема опирается на квантовую стойкость конкретных хеш-функций и рекурсивных NIZK-систем, ей еще предстоит пройти полноценное рецензирование мировым криптографическим сообществом и тестирование на специализированном оборудовании.
В-третьих, не последнюю роль сыграет бизнес-модель. AmericanFortress планирует лицензировать свой SDK разработчикам кошельков и блокчейн-сетям первого уровня, поэтому скорость внедрения будет зависеть не только от академического признания, но и от коммерческих условий и удобства интеграции.
Масштабный тренд на квантовую готовность
Инициатива AmericanFortress появилась на фоне растущего интереса к постквантовой безопасности во всей криптовалютной индустрии.
Ранее крупные институциональные игроки — включая BlackRock, Coinbase, Strategy, Fidelity Digital Assets, Anchorage Digital, Galaxy и Blockstream — объявили о создании Bitcoin Security Consortium, выделив $15 миллионов на трехлетнюю программу исследований постквантовой защиты основных блокчейн-сетей.
Параллельно развиваются и аппаратные решения. Например, производитель аппаратных кошельков Freedom Factory анонсировал устройство PQ1 — EVM-совместимый кошелек, использующий алгоритмы подписи SPHINCS+ и абстракцию счета (ERC-4337) для обеспечения квантовой устойчивости на уровне железа.
По мере приближения эры квантовых вычислителей дискуссия о защите распределенных реестров окончательно переходит из области теоретических споров в плоскость практической инженерии. И предложения вроде ZK-PoSP четко обозначают главный тренд: эффективная квантовая защита должна обеспечивать максимальную безопасность без разрушения привычного пользовательского опыта.