Как Nervos CKB достигает квантовой устойчивости в эпоху квантовых вычислений

О CKB и квантовом сопротивлении – как Nervos Network готовится к квантовому будущему

Быстрое развитие квантовых вычислений начинает представлять реальную и насущную угрозу для современных криптографических систем.

В отличие от классических компьютеров, которые работают с двоичными битами и требуют астрономического количества времени для решения криптографических головоломок, квантовые компьютеры используют кубиты, которые существуют в суперпозиции.

Это позволяет им выполнять несколько вычислений одновременно и потенциально взламывать широко используемые криптографические алгоритмы, в том числе те, которые защищают современные блокчейн-сети, за долю времени.

Особенно уязвимы такие протоколы, как ECDSA и RSA, которые лежат в основе безопасности биткоина и многих других сетей.

По мере роста квантовых возможностей криптографы и разработчики блокчейнов стремятся внедрить средства защиты, которые защитят сети в постквантовом мире.

Лидером в этой области является сеть Nervos, чей основополагающий уровень, CKB (Common Knowledge Base), разработан не только с учетом гибкости, но и со встроенной поддержкой квантово-устойчивой криптографии.

Квантовый риск для блокчейна

Угроза квантовых вычислений заключается в их способности подорвать математические проблемы, от которых зависит классическая криптография.

Два основных квантовых алгоритма подчеркивают этот риск — алгоритм Шора и алгоритм Гровера.

Алгоритм Шора может эффективно разложить на множители большие целые числа и решить дискретные логарифмы — математическую основу RSA и ECDSA.

Если станет доступен достаточно мощный квантовый компьютер, он сможет извлекать закрытые ключи из открытых, разрушая ядро криптографии с открытым ключом.

Это означает, что средства, хранящиеся в традиционных сетях на основе UTXO, таких как Bitcoin, где открытые ключи раскрываются после того, как результаты будут потрачены, могут быть раскрыты.

Алгоритм Гровера, хотя и не такой разрушительный, ослабляет эффективность алгоритмов на основе хеша, таких как SHA-256, сокращая их эффективную безопасность вдвое.

Это создает проблемы для механизмов PoW (proof-of-work) и древовидных структур Меркла — и того, и другого лежит в основе многих блокчейн-платформ.

В связи с тем, что крупные технологические компании, такие как Google, Microsoft и NVIDIA, стремительно развиваются в области квантовых вычислений — процессор Google Willow, как сообщается, достигает более 100 кубитов — временное окно для подготовки быстро сокращается.

Постквантовая криптография — основа защиты

Чтобы опережать квантовые угрозы, исследователи разрабатывают алгоритмы PQC (постквантовой криптографии), предназначенные для противостояния атакам как классических, так и квантовых компьютеров.

Несколько семейств алгоритмов PQC в настоящее время находятся на рассмотрении и стандартизации в NIST.

Криптография на основе решеток, в частности схемы CRYSTALS-Kyber (ML-KEM) и CRYSTALS-Dilithium (ML-DSA), стала лидером благодаря своей высокой безопасности и эффективности.

Эти два алгоритма были официально утверждены как FIPS 203 и 204 в августе 2024 года.

Алгоритмы на основе хеша, такие как XMSS и SPHINCS+, предлагают надежные теоретические гарантии, но имеют большие размеры подписей.

В частности, SPHINCS+ набрал обороты благодаря своей безгосударственной природе и одобрению NIST.

Внедрение уже идет полным ходом во всех отраслях.

Например, Cloudflare взяла на себя обязательство развернуть PQC в своей глобальной инфраструктуре к середине 2025 года.

В марте 2025 года NIST также добавил HQC в качестве еще одного стандартизированного механизма инкапсуляции ключей (KEM), еще больше расширив набор инструментов для квантово-устойчивых систем.

В

отличие от многих устаревших блокчейнов, которые тесно связаны с фиксированными криптографическими примитивами, Nervos CKB был спроектирован с учетом криптографической гибкости в своей основе.

Вместо того, чтобы полагаться исключительно на хардфорки для внедрения новых криптографических методов, CKB использует гибкую систему скриптов, построенную на своей модели «ячейки».

В CKB все активы, включая токены, смарт-контракты и логику пользователя, хранятся в виде ячеек, которые являются программируемыми и модульными.

Эти ячейки не имеют жестко закодированного единого криптографического стандарта.

Вместо этого они могут быть обновлены или расширены новыми криптографическими схемами путем написания пользовательских скриптов блокировки без необходимости изменения базового протокола.

Этот дизайн уже принес свои плоды — Nervos в настоящее время поддерживает SPHINCS+, одобренный NIST алгоритм подписи на основе хэша без сохранения состояния, который считается высокозащищенным от квантовых атак.

Разработчики могут использовать скрипт блокировки SPHINCS+, доступный на платформе CKB, для создания кошельков и контрактов, которые сегодня устойчивы к квантовым вычислениям.

Эта функция позволяет Nervos быть на шаг впереди. В то время как большинство блокчейнов все еще обсуждают готовность к PQC, Nervos уже внедрил ее.

С этой целью на Nervos (Quantum Purse) уже доступен кошелек с открытым исходным кодом с открытым исходным кодом, использующий алгоритм SPHINCS+, что позволяет пользователям защитить свои активы с помощью PQC.

Среда смарт-контрактов Nervos — CKB-VM — основана на наборе инструкций RISC-V, который позволяет выполнять низкоуровневые, криптонезависимые вычисления.

Разработчики не привязаны к одному языку или алгоритму.

Эта гибкость означает, что по мере появления новых стандартов PQC они могут быть реализованы непосредственно в смарт-контрактах или скриптах блокировки, не дожидаясь хард-форка протокола или редизайна виртуальной машины.

Гибридные подходы и практические пути перехода

Nervos также позволяет создавать гибридные криптографические схемы, сочетающие в себе как классические, так и квантово-устойчивые алгоритмы.

Например, разработчики могут создавать кошельки с двойной подписью, требующие подписи как ECDSA, так и SPHINCS+.

Этот многоуровневый подход обеспечивает обратную совместимость с текущей инфраструктурой при одновременном добавлении квантовой устойчивости.

Эти гибридные системы обеспечивают плавный переходный путь, что особенно ценно в ближайшие годы по мере развития экосистемы PQC.

Несмотря на то, что конечная цель заключается в полной замене устаревшей криптографии, гибридные схемы позволяют сетям оставаться работоспособными и безопасными в промежуточный период.

Проблемы и соображения Квантовое

сопротивление сопряжено с компромиссами.

Постквантовые алгоритмы, особенно основанные на хешировании, такие как SPHINCS+, обычно приводят к увеличению размера подписи, иногда в 10 и более раз, по сравнению с ECDSA.

Это влияет на хранилище, пропускную способность и размер транзакций, которые являются критически важными показателями для производительности блокчейна.

Вычислительные затраты также варьируются. Некоторые алгоритмы интенсивно нагружают процессор, что может увеличить время проверки транзакций.

Модульный подход Nervos CKB означает, что разработчики могут тестировать и оптимизировать эти компромиссы в конкретных приложениях, а не быть вынужденными выполнять универсальные обновления.

Текущая поддержка SPHINCS+ со стороны CKB позволяет разработчикам и исследователям оценивать эти проблемы уже сегодня, а не полагаться только на теорию.

Квантовые

вычисления больше не являются отдаленной теоретической задачей.

В связи с быстрым развитием квантового оборудования криптографические основы современных блокчейн-сетей находятся под серьезной угрозой.

Блокчейны, которые полагаются исключительно на классические алгоритмы, такие как ECDSA или RSA, сталкиваются с возможной и потенциально катастрофической компрометацией.

Сеть Nervos через свой слой CKB представляет собой мощный пример перспективно-совместимого дизайна блокчейна.

Благодаря своей «сотовой» модели, виртуальной машине на основе RISC-V и поддержке пользовательских сценариев постквантовой блокировки, таких как SPHINCS+, Nervos уже заложила основу для квантового сопротивления.

В отличие от многих сетей, которые потребуют масштабных капитальных ремонтов или хардфорков, чтобы пережить квантовый переход, Nervos создан для адаптации.

Будь то гибридные схемы или полная миграция PQC, она предлагает разработчикам инструменты, которые помогут оставаться впереди сейчас и в постквантовом будущем.

Чтобы узнать больше о Nervos CKB и квантовом сопротивлении, обратитесь к этим ресурсам.

• «Квантовые вычисления — новый вызов безопасности CKB» — автор Цзышуан Хань, «Квантовое сопротивление криптапа
• в блокчейнах — подготовка к миру постквантовых вычислений» — автор Nervos.org

Connect with the Nervos в Discord и Telegram.

Сообщение Как Nervos CKB достигает квантовой устойчивости в эпоху квантовых вычислений впервые появилось на The Daily Hodl.