Исследователь Ethereum Foundation Джастин Дрейк заявил, что сеть уровня 1 откажется от Poseidon после восьмилетних исследований с восьмизначными затратами и перейдет на устоявшиеся хеш-функции, такие как SHA-2 или BLAKE2s.
Резюме
- Дорожная карта L1 Ethereum будет использовать традиционные хеши вместо функции Poseidon, ориентированной на SNARK.
- Сообщается, что SNARK с бинарными полями могут доказывать около 1 миллиона вызовов традиционных хешей в секунду.
- Производственная версия leanVM запланирована на 2027 год, а развертывание на уровне 1 — на 2028 год.
- Хеш-подписи составляют центральную часть планируемой защиты Ethereum от квантовых компьютеров.
Ethereum L1 отказывается от Poseidon
Джастин Дрейк сообщил в посте на X от 13 августа, что Ethereum Foundation отказывается от Poseidon для своей дорожной карты L1 и переходит к традиционным вариантам, таким как SHA или BLAKE.
«Прощай, Poseidon!» — написал Дрейк, описав это решение как результат «восьмилетней кроличьей норы с восьмизначными затратами» в постквантовой криптографии.
Poseidon появился в 2019 году как хеш-функция, предназначенная для систем доказательств с нулевым разглашением. Его структура делала обработку внутри Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge, обычно известных как SNARK, менее затратной, чем у традиционных хеш-функций, построенных на бинарных операциях.
С 2018 года Ethereum Foundation инвестировала в специализированные хеши в рамках своей работы над технологией нулевого разглашения. Позже Poseidon стал распространенным выбором в zk-rollups и zkVMs, включая системы, обеспечивающие безопасность криптоактивов на миллиарды долларов.
Объявление Дрейка касается будущей архитектуры L1 Ethereum, а не немедленного удаления Poseidon из существующих приложений. Роллапы, виртуальные машины и другие проекты, которые уже используют эту функцию, не обязаны заменять ее из-за решения по дорожной карте.
Достижения в дизайне систем доказательств изменили компромисс, который изначально благоприятствовал Poseidon. По словам Дрейка, устоявшиеся функции, такие как SHA-2 и BLAKE2s, могут соответствовать его производительности в паре с SNARK, разработанными для бинарных вычислений.
«В ретроспективе ключевыми были не SNARK-дружественные хеши, а хеш-дружественные SNARK».
SNARK с бинарными полями делают традиционные хеши практичными
Бинарные поля позволяют системам доказательств более естественно обрабатывать булеву логику, используемую стандартными хеш-функциями. Более ранние конструкции SNARK часто полагались на большие простые поля, где побитовые операции, такие как XOR, могли быть дорогостоящими для представления.
Работа с наименьшим простым числом, двумя, позволяет системам с бинарными полями согласовывать свои вычисления с нулями и единицами, используемыми в обычных вычислениях. Дрейк сказал, что результирующие конструкции могут доказывать около 1 миллиона вызовов традиционных хешей в секунду на ноутбуке, с накладными расходами примерно в 100 раз по сравнению с нативным выполнением на CPU.
Исследовательские проекты, включая Binius и Flock, способствовали повышению производительности, согласно посту. Binius применяет арифметику бинарных полей к доказательствам с нулевым разглашением, в то время как Flock фокусируется на доказательстве больших пакетов булевых вычислений, включая вычисления с участием SHA-256, Keccak и BLAKE3.
Дрейк также указал на SNARK.fast, открытый автоматизированный исследовательский проект, который использует искусственный интеллект для улучшения кода доказательств. Его самый сильный результат достиг 1,8 миллиона сжатий BLAKE3 в секунду, что представляет собой улучшение на 255% по сравнению с исходным эталоном.
Использование устоявшихся хешей может снизить зависимость Ethereum от специализированных криптографических функций, требующих многолетнего отдельного анализа. SHA и BLAKE уже получили обширное изучение вне систем с нулевым разглашением, хотя их внедрение внутри Ethereum все равно потребует исследований, аудитов и тестирования.
Это решение также меняет взаимосвязь между хеш-функциями Ethereum и его инфраструктурой доказательств. Вместо разработки нового хеша с учетом ограничений SNARK, исследователи могут построить SNARK вокруг хеш-функций, которые уже имеют длительную историю безопасности.
Постквантовая работа Ethereum отдает предпочтение подписям на основе хеша
Дрейк связал это решение с постквантовой программой безопасности Ethereum, которая готовит протокол к появлению компьютеров, способных взломать криптографию на эллиптических кривых. В настоящее время Ethereum полагается на такие системы для пользовательских аккаунтов и частей своей консенсусной и инфраструктуры данных.
Как сообщалось в crypto.news в августе, соучредитель Виталик Бутерин поднял квантовую безопасность выше в обновленной дорожной карте Ethereum. План также охватывает нативную конфиденциальность, формальную верификацию, постквантовое масштабирование и возможные замены частей Виртуальной машины Ethereum.
Дрейк сказал, что недавние достижения в области ИИ-ассистированного криптоанализа создали препятствия для более сложных постквантовых систем. Он особо упомянул HAWK, схему подписи на основе решеток, и SQIsign, которая опирается на криптографию на основе изогений.
По его оценке, эти проблемы усиливают аргументы в пользу подписей на основе хеша в блокчейнах. Такие схемы используют относительно простые и хорошо изученные предположения, хотя отдельные подписи могут быть слишком большими для прямого использования в текущем масштабе Ethereum.
Агрегация SNARK предлагает один из способов решения проблемы размера. Система доказательств может проверить множество подписей на основе хеша и сжать результат в одно меньшее доказательство для сети, вместо того чтобы требовать размещения и проверки каждой подписи отдельно.
Тот же метод может поддерживать мультиподписные схемы и пороговые подписи k-из-n, когда транзакция требует одобрения от установленного числа участников. Дрейк сказал, что гибкость достигается за счет использования SNARK для доказательства правил авторизации без размещения всех базовых данных подписи в цепочке.
Подготовка на уровне кошельков уже тестируется. В июне исследователь Ethereum продемонстрировал защиту аккаунтов с использованием верификатора подписей на основе SPHINCS, при этом одна оптимизированная версия требовала около 127 000 газа и имела подпись размером 3 704 байта. Исследователь оценил стоимость верификации примерно в 0,07 доллара за аккаунт на тот момент.
Стандарты США усиливают давление в пользу ранней подготовки
Для американских инвесторов и предприятий, использующих Ethereum, дорожная карта решает проблему безопасности, которую федеральные органы стандартизации уже начали рассматривать как проблему миграции. Национальный институт стандартов и технологий (NIST) завершил разработку первых трех постквантовых криптографических стандартов в августе 2024 года и рекомендовал системным администраторам начать их внедрение.
Стандарты NIST не определяют выбор протокола Ethereum, и выбранные агентством алгоритмы сами по себе не делают сеть квантово-устойчивой. Однако его работа по миграции показывает, что американские институты готовятся до появления криптографически значимых квантовых компьютеров.
Независимый консультативный совет Coinbase пришел к аналогичному выводу в документе на 50 страниц, опубликованном в апреле. В его состав входили Дрейк, криптограф из Стэнфорда Дэн Боне, основатель EigenLayer Срирам Каннан, глава отдела криптографии Coinbase Йехуда Линделл и исследователь распределенных систем Далия Малки.
Совет пришел к выводу, что текущие блокчейны остаются защищенными от квантовых атак, но предупредил, что замена уязвимых подписей в сетях, кошельках и биржах может занять годы. Согласно консультативному документу, некоторые квантово-устойчивые альтернативы могут увеличить требования к объему данных блокчейна в 38 раз.
Использование агрегации доказательств в Ethereum направлено на ограничение таких затрат при замене уязвимой криптографии. Дрейк сказал, что SNARK на основе хеша могут сжимать произвольное количество постквантовых подписей в компактное доказательство, пригодное для включения в блок.
LeanVM нацелен на производственное развертывание в 2027 году
Постквантовая команда Ethereum Foundation работает над инфраструктурой бинарных полей в рамках leanVM, минимальной виртуальной машины с нулевым разглашением, предназначенной для проверки и агрегации криптографических доказательств.
Дрейк сообщил, что текущий график предусматривает создание производственной версии leanVM в 2027 году. Развертывания, затрагивающие консенсусный, уровень данных и уровень исполнения Ethereum, запланированы на 2028 год, хотя каждое изменение протокола все равно потребует реализации, тестирования и согласования между независимыми командами разработчиков Ethereum.
График находится в рамках Strawmap Ethereum, технического координационного документа, охватывающего период до 2029 года, а не окончательного календаря активации. Ранее освещение Strawmap описывало семь предложенных форков, охватывающих более быстрые слоты, более короткую финальность, постквантовую криптографию, конфиденциальность и более высокую пропускную способность сети.
Постквантовая команда Ethereum сейчас работает с Binius, Flock и связанными с ними бинарными полевыми системами, разрабатывая бенчмарки leanVM. Дрейк заявил, что запланированная работа на 2028 год применит полученную технологию доказательств отдельно на уровне консенсуса, уровне данных и уровне исполнения.
