Як Nervos CKB досягає квантового опору в епоху квантових обчислень

Про CKB та квантовий опір – як Nervos Network готується до квантового майбутнього

Швидкий розвиток квантових обчислень починає становити реальну та нагальну загрозу для сучасних криптографічних систем.

На відміну від класичних комп'ютерів, які працюють на двійкових бітах і вимагають астрономічної кількості часу для вирішення криптографічних головоломок, квантові комп'ютери використовують кубіти, які існують у суперпозиції.

Це дозволяє їм виконувати кілька обчислень одночасно і потенційно зламати широко використовувані криптографічні алгоритми, включаючи ті, що захищають сучасні блокчейн-мережі, за частку часу.

Такі протоколи, як ECDSA та RSA, які лежать в основі безпеки Bitcoin та багатьох інших мереж, особливо вразливі.

У міру зростання квантових можливостей криптографи та розробники блокчейну наввипередки намагаються впровадити захист, який захистить мережі в постквантовому світі.

Лідером у цьому напрямку є мережа Nervos, базовий рівень якої, CKB (Common Knowledge Base), розроблений не тільки з урахуванням гнучкості, але й з вбудованою підтримкою квантово-стійкої криптографії.

Квантовий ризик для блокчейну

Загроза квантових обчислень полягає в їхній здатності підривати математичні проблеми, від яких залежить класична криптографія.

Два основних квантових алгоритму підкреслюють цей ризик – алгоритм Шора та алгоритм Гровера.

Алгоритм Шора може ефективно розкладати великі цілі числа на множники та розв'язувати дискретні логарифми – математичну основу RSA та ECDSA.

Якщо стане доступним досить потужний квантовий комп'ютер, він може витягти приватні ключі з публічних, зламавши ядро криптографії з відкритим ключем.

Це означає, що кошти, що зберігаються в традиційних мережах на основі UTXO, таких як Bitcoin, де публічні ключі розкриваються після витрачених виходів, можуть бути розкриті.

Алгоритм Гровера, хоча і не такий руйнівний, послаблює ефективність алгоритмів на основі хешування, таких як SHA-256, скорочуючи їх ефективну безпеку вдвічі.

Це створює проблеми для механізмів PoW (proof-of-work) і структур дерева Меркла – обох фундаментальних для багатьох блокчейн-платформ.

У зв'язку з тим, що великі технологічні компанії, такі як Google, Microsoft і NVIDIA, швидко просуваються вперед у квантових обчисленнях – процесор Google Willow, як повідомляється, досягає понад 100 кубітів – часове вікно для підготовки швидко закривається.

Постквантова криптографія – основа оборони

Щоб випередити квантові загрози, дослідники розробляють алгоритми PQC (постквантова криптографія), призначені для протистояння атакам як класичних, так і квантових комп'ютерів.

Кілька сімейств алгоритмів PQC в даний час знаходяться на стадії розгляду і стандартизації NIST.

Криптографія на основі решітки, особливо схеми CRYSTALS-Kyber (ML-KEM) і CRYSTALS-Dilithium (ML-DSA), стала лідером завдяки своїй надійній безпеці та ефективності.

Ці два алгоритми були офіційно затверджені як FIPS 203 і 204 у серпні 2024 року.

Алгоритми на основі хешування, такі як XMSS і SPHINCS+, пропонують надійні теоретичні гарантії, але мають більші розміри підписів.

Зокрема, SPHINCS+ набув популярності завдяки своїй природі без стану та схваленню NIST.

Впровадження вже відбувається в різних галузях.

Наприклад, Cloudflare взяла на себе зобов'язання розгорнути PQC у своїй глобальній інфраструктурі до середини 2025 року.

У березні 2025 року NIST також додав HQC як ще один стандартизований механізм інкапсуляції ключів (KEM), ще більше розширивши набір інструментів для квантово-стійких систем.

Вбудована квантова готовність Nervos CKB

На відміну від багатьох застарілих блокчейнів, які тісно пов'язані з фіксованими криптографічними примітивами, Nervos CKB був розроблений з урахуванням криптографічної гнучкості в основі.

Замість того, щоб покладатися виключно на хардфорки для впровадження нових криптографічних методів, CKB використовує гнучку систему сценаріїв, побудовану на моделі «комірки».

У CKB всі активи, включаючи токени, смарт-контракти та логіку користувача, зберігаються у вигляді осередків, які є програмованими та модульними.

Ці осередки не закодовані жорстким кодом за допомогою єдиного криптографічного стандарту.

Замість цього вони можуть бути оновлені або доповнені новими криптографічними схемами шляхом написання користувацьких скриптів блокування, без необхідності змінювати базовий протокол.

Цей дизайн вже приніс свої плоди – в даний час Nervos підтримує SPHINCS+, схвалений NIST, алгоритм підпису на основі хешу без стану, який вважається дуже захищеним від квантових атак.

Розробники можуть використовувати скрипт блокування SPHINCS+, доступний на платформі CKB, для створення гаманців і контрактів, які сьогодні є квантово стійкими.

Ця особливість ставить Nervos на крок попереду. У той час як більшість блокчейнів все ще обговорюють готовність PQC, Nervos вже впровадив це.

З цією метою на Nervos (Quantum Purse) вже доступний гаманець із самостійним зберіганням і відкритим вихідним кодом, який використовує алгоритм SPHINCS+, що дозволяє користувачам захищати свої активи за допомогою PQC.

Середовище смарт-контрактів Nervos – CKB-VM – засноване на наборі інструкцій RISC-V, який дозволяє виконувати низькорівневі крипто-незалежні обчислення.

Розробники не прив'язані до однієї мови чи алгоритму.

Ця гнучкість означає, що з появою нових стандартів PQC їх можна впроваджувати безпосередньо в смарт-контракти або скрипти блокування, не чекаючи жорсткого форку протоколу або редизайну віртуальної машини.

Гібридні підходи та практичні шляхи переходу

Nervos також дозволяє створювати гібридні криптографічні схеми, поєднуючи як класичні, так і квантово-стійкі алгоритми.

Наприклад, розробники можуть створювати гаманці з подвійним підписом, які вимагають як ECDSA, так і підпису SPHINCS+.

Цей багаторівневий підхід забезпечує зворотну сумісність із поточною інфраструктурою, додаючи квантовий опір.

Ці гібридні системи пропонують плавний шлях переходу, що особливо цінно в найближчі роки в міру дозрівання екосистеми PQC.

Хоча кінцевою метою є повна заміна застарілої криптографії, гібридні схеми дозволяють мережам залишатися працездатними та безпечними протягом тимчасового періоду.

Проблеми та міркування

Квантова стійкість пов'язана з компромісами.

Постквантові алгоритми, особливо засновані на хеші, такі як SPHINCS+, зазвичай призводять до більших розмірів сигнатур, іноді в 10 разів або більше, порівняно з ECDSA.

Це впливає на обсяг пам'яті, пропускну здатність і розмір транзакцій, які є критично важливими показниками для продуктивності блокчейну.

Обчислювальні витрати також різняться. Деякі алгоритми інтенсивно використовують процесор, що може збільшити час перевірки транзакцій.

Модульний підхід Nervos CKB означає, що розробники можуть тестувати та оптимізувати ці компроміси в конкретних програмах, а не бути змушеними вдаватися до універсальних оновлень.

Поточна підтримка CKB SPHINCS+ дозволяє розробникам і дослідникам оцінювати ці проблеми у виробництві сьогодні, а не покладатися лише на теорію.

Висновок

Квантові обчислення більше не є далеким теоретичним питанням.

У зв'язку зі швидким прогресом квантового обладнання криптографічні основи сучасних блокчейн-мереж знаходяться під серйозним ризиком.

Блокчейни, які покладаються виключно на класичні алгоритми, такі як ECDSA або RSA, стикаються з можливим і потенційно катастрофічним компромісом.

Nervos Network через свій рівень CKB представляє потужний приклад сумісного з форвардом дизайну блокчейну.

Зі своєю «клітинною» моделлю, віртуальною машиною на основі RISC-V і підтримкою користувацьких скриптів пост-квантового блокування, таких як SPHINCS+, Nervos вже заклав основу для квантового опору.

На відміну від багатьох мереж, які потребують масштабного ремонту або хардфорків, щоб вижити в квантовому переході, Nervos створена для адаптації.

Будь то гібридні схеми або повна міграція PQC, він пропонує розробникам інструменти, щоб залишатися попереду зараз – і в пост-квантовому майбутньому.

Щоб глибше зануритися в нервовий CKB і квантовий опір, зверніться до цих ресурсів.

• Quantum Computation – новий виклик безпеці CKB – Цзішуанг Хан, Cryptape
• Quantum Resistance in Blockchains – Підготовка до світу постквантових обчислень – від Nervos.org

Connect зі спільнотою Nervos у Discord та Telegram.

Публікація Як Nervos CKB досягає квантового опору в епоху квантових обчислень вперше з'явилася на The Daily Hodl.