Badacz Ethereum Foundation, Justin Drake, powiedział, że warstwa 1 sieci odejdzie od Poseidona po ośmioletnich badaniach z ośmiocyfrowym budżetem i przejdzie na uznane funkcje skrótu, takie jak SHA-2 lub BLAKE2s.
Podsumowanie
- Mapa drogowa L1 Ethereum będzie używać tradycyjnych skrótów zamiast funkcji Poseidon skoncentrowanej na SNARK.
- SNARK-i z ciałami binarnymi mogą podobno dowodzić około 1 miliona wywołań tradycyjnych skrótów na sekundę.
- Produkcyjna wersja leanVM jest zaplanowana na 2027 rok, a wdrożenia warstw w 2028 roku.
- Podpisy oparte na skrótach stanowią centralną część planowanej ochrony Ethereum przed komputerami kwantowymi.
Ethereum L1 odwraca się od Poseidona
Justin Drake powiedział w poście na X z 13 sierpnia, że Ethereum Foundation porzuca Poseidona dla swojej mapy drogowej L1 i przechodzi na tradycyjne opcje, takie jak SHA lub BLAKE.
„Żegnaj, Poseidonie!” – napisał Drake, opisując tę decyzję jako wynik „ośmioletniej, ośmiocyfrowej króliczej nory” w kryptografii postkwantowej.
Poseidon pojawił się w 2019 roku jako funkcja skrótu zaprojektowana dla systemów dowodów z wiedzą zerową. Jego struktura sprawiała, że przetwarzanie w ramach Zwięzłych Niekinteraktywnych Argumentów Wiedzy, powszechnie znanych jako SNARK, było mniej kosztowne niż w przypadku tradycyjnych funkcji skrótu zbudowanych wokół operacji binarnych.
Od 2018 roku Ethereum Foundation inwestowała w wyspecjalizowane skróty w ramach prac nad technologią wiedzy zerowej. Poseidon stał się później powszechnym wyborem w zk-rollupach i zkVM-ach, w tym w systemach zabezpieczających miliardy dolarów w aktywach kryptograficznych.
Ogłoszenie Drake'a dotyczy przyszłej architektury L1 Ethereum, a nie natychmiastowego usunięcia Poseidona z istniejących aplikacji. Rollupy, maszyny wirtualne i inne projekty, które już używają tej funkcji, nie są zobowiązane do jej zastąpienia z powodu decyzji o mapie drogowej.
Postępy w projektowaniu systemów dowodów zmieniły teraz kompromis, który początkowo faworyzował Poseidona. Według Drake'a uznane funkcje, takie jak SHA-2 i BLAKE2s, mogą dorównać jego wydajności w połączeniu z SNARK-ami zaprojektowanymi wokół obliczeń binarnych.
„Z perspektywy czasu kluczem nie były skróty przyjazne dla SNARK, ale SNARK-i przyjazne dla skrótów.”
SNARK-i z ciałami binarnymi czynią tradycyjne skróty praktycznymi
Ciała binarne pozwalają systemom dowodów na bardziej naturalne przetwarzanie logiki Boole'a używanej przez standardowe funkcje skrótu. Wcześniejsze projekty SNARK często opierały się na dużych ciałach pierwszych, gdzie operacje bitowe, takie jak XOR, mogły być kosztowne do przedstawienia.
Praca nad najmniejszą liczbą pierwszą, dwójką, pozwala systemom z ciałami binarnymi dostosować swoje obliczenia do zer i jedynek używanych w konwencjonalnym przetwarzaniu. Drake powiedział, że powstałe projekty mogą dowodzić około 1 miliona wywołań tradycyjnych skrótów na sekundę na laptopie, z narzutem około 100 razy w porównaniu z natywnym wykonaniem CPU.
Projekty badawcze, w tym Binius i Flock, przyczyniły się do wzrostu wydajności, według posta. Binius stosuje arytmetykę ciał binarnych do dowodów z wiedzą zerową, podczas gdy Flock koncentruje się na dowodzeniu dużych partii obliczeń Boole'a, w tym obliczeń obejmujących SHA-256, Keccak i BLAKE3.
Drake wskazał również na SNARK.fast, otwarty zautomatyzowany projekt badawczy, który wykorzystuje sztuczną inteligencję do ulepszania kodu dowodów. Jego najmocniejszy wynik osiągnął 1,8 miliona kompresji BLAKE3 na sekundę, co stanowi poprawę o 255% w porównaniu z początkowym punktem odniesienia.
Używanie uznanych skrótów może zmniejszyć zależność Ethereum od wyspecjalizowanych funkcji kryptograficznych, które wymagają lat oddzielnej analizy. SHA i BLAKE były już szeroko badane poza systemami wiedzy zerowej, chociaż ich implementacja w Ethereum nadal wymagałaby badań, audytów i testów.
Decyzja ta zmienia również relację między funkcjami skrótu Ethereum a jego infrastrukturą dowodową. Zamiast projektować nowy skrót wokół ograniczeń SNARK, badacze mogą zbudować SNARK wokół funkcji skrótu, które mają już długą historię bezpieczeństwa.
Prace nad postkwantowym Ethereum faworyzują podpisy oparte na skrótach
Drake powiązał tę decyzję z programem bezpieczeństwa postkwantowego Ethereum, który przygotowuje protokół na komputery zdolne do złamania kryptografii opartej na krzywych eliptycznych. Ethereum obecnie polega na takich systemach dla kont użytkowników oraz części swojej infrastruktury konsensusu i danych.
Jak poinformował crypto.news w sierpniu, współzałożyciel Vitalik Buterin przesunął bezpieczeństwo kwantowe wyżej w zaktualizowanej mapie drogowej Ethereum. Plan obejmuje również natywną prywatność, formalną weryfikację, skalowanie postkwantowe oraz możliwe zamienniki części Ethereum Virtual Machine.
Drake stwierdził, że ostatnie postępy w kryptoanalizie wspomaganej sztuczną inteligencją spowodowały niepowodzenia dla bardziej złożonych systemów postkwantowych. W szczególności wymienił HAWK, projekt podpisu oparty na kratach, oraz SQIsign, który opiera się na kryptografii izogenicznej.
Według jego oceny problemy te wzmacniają argumenty za podpisami opartymi na skrótach w blockchainach. Takie projekty wykorzystują stosunkowo proste i szeroko zbadane założenia, chociaż pojedyncze podpisy mogą być zbyt duże do bezpośredniego użycia przy obecnej skali Ethereum.
Agregacja SNARK oferuje jeden ze sposobów rozwiązania problemu rozmiaru. System dowodowy może zweryfikować wiele podpisów opartych na skrótach i skompresować wynik do jednego mniejszego dowodu dla sieci, zamiast wymagać, aby każdy podpis był umieszczany i sprawdzany osobno.
Ta sama metoda może wspierać ustalenia dotyczące wielu podpisów oraz progi podpisów k-z-n, w których transakcja wymaga zatwierdzenia przez określoną liczbę uczestników. Drake powiedział, że elastyczność wynika z użycia SNARK do udowodnienia zasad autoryzacji bez umieszczania wszystkich danych bazowych podpisów w łańcuchu.
Przygotowania na poziomie portfela są już testowane. W czerwcu badacz Ethereum zademonstrował ochronę kont przy użyciu weryfikatora podpisów opartego na SPHINCS, przy czym zoptymalizowana wersja wymagała około 127 000 gazu i zawierała podpis o rozmiarze 3704 bajtów. Badacz oszacował koszt weryfikacji na około 0,07 USD za konto w tamtym czasie.
Amerykańskie standardy zwiększają presję na wczesne przygotowania
Dla amerykańskich inwestorów i firm korzystających z Ethereum, mapa drogowa odnosi się do ryzyka bezpieczeństwa, które federalne agencje normalizacyjne już zaczęły traktować jako problem migracyjny. Narodowy Instytut Standardów i Technologii sfinalizował swoje pierwsze trzy standardy kryptografii postkwantowej w sierpniu 2024 r. i zachęcił administratorów systemów do rozpoczęcia ich integracji.
Standardy NIST nie kierują wyborami protokołu Ethereum, a wybrane algorytmy agencji nie czynią sieci bezpieczną kwantowo samodzielnie. Jednak prace nad migracją pokazują, że amerykańskie instytucje przygotowują się, zanim komputery kwantowe istotne kryptograficznie staną się dostępne.
Niezależna rada doradcza Coinbase osiągnęła podobne stanowisko w 50-stronicowym dokumencie opublikowanym w kwietniu. W jej skład wchodzili Drake, kryptograf ze Stanford Dan Boneh, założyciel EigenLayer Sreeram Kannan, szef kryptografii Coinbase Yehuda Lindell oraz badaczka systemów rozproszonych Dahlia Malkhi.
Rada doszła do wniosku, że obecne blockchainy pozostają bezpieczne przed atakami kwantowymi, ale ostrzegła, że zastąpienie podatnych na ataki podpisów w sieciach, portfelach i giełdach może zająć lata. Według dokumentu doradczego, niektóre odporne na kwantowe alternatywy mogą zwiększyć wymagania dotyczące danych blockchain nawet 38-krotnie.
Wykorzystanie agregacji dowodów w Ethereum ma na celu ograniczenie takich kosztów przy jednoczesnym zastąpieniu podatnej na ataki kryptografii. Drake powiedział, że SNARKi oparte na skrótach mogą skompresować dowolną liczbę postkwantowych podpisów do zwartego dowodu odpowiedniego do umieszczenia w bloku.
LeanVM celuje we wdrożenie produkcyjne w 2027 r.
Zespół postkwantowy Fundacji Ethereum pracuje nad infrastrukturą pól binarnych w ramach leanVM, minimalnej maszyny wirtualnej typu zero-knowledge, przeznaczonej do weryfikacji i agregacji dowodów kryptograficznych.
Drake powiedział, że obecny harmonogram przewiduje produkcyjną wersję leanVM w 2027 r. Wdrożenia obejmujące warstwy konsensusu, danych i wykonania Ethereum są planowane na 2028 r., chociaż każda zmiana protokołu będzie nadal wymagać implementacji, testowania i porozumienia między niezależnymi zespołami programistycznymi Ethereum.
Harmonogram znajduje się w ramach Strawmap Ethereum, dokumentu koordynacji technicznej obejmującego okres do 2029 roku, a nie sfinalizowanego kalendarza aktywacji. Wcześniejsze relacje Strawmap opisywały siedem proponowanych forków obejmujących szybsze sloty, krótszą finalność, kryptografię postkwantową, prywatność i większą przepustowość sieci.
Zespół Ethereum ds. kryptografii postkwantowej pracuje obecnie z Binius, Flock i powiązanymi systemami pól binarnych, rozwijając jednocześnie benchmarki leanVM. Drake powiedział, że planowane prace na 2028 rok zastosują wynikową technologię dowodów osobno w warstwie konsensusu, warstwie danych i warstwie wykonawczej.
