48 byte: SHRINCS công bố bản nháp đầu tiên cho chữ ký chống lượng tử của Bitcoin(BTC)

Nhóm nghiên cứu chữ ký chống lượng tử SHRINCS dành cho Bitcoin(BTC) vừa công bố bản nháp đầu tiên, đưa cuộc thảo luận nâng cấp bảo mật dài hạn xuống mức đặc tả kỹ thuật cụ thể.

Theo danh sách gửi thư phát triển Bitcoin, nhóm làm việc SHRINCS đã đăng bản nháp đầu tiên vào ngày 27 (giờ Hàn Quốc) và cho biết tài liệu này mô tả cấu trúc mật mã ban đầu của SHRINCS. Những người tham gia gồm nhà phát triển tại Conduition Brink, Ethan Heilman - nhà nghiên cứu tại Cloudflare, cùng ba nhà nghiên cứu của Blockstream là Mikhail Kudinov, Oleksandr Kurbatov và Jonas Nick.

Bản nháp mô tả SHRINCS là phương án chữ ký chống lượng tử dựa trên hàm băm, dùng để xác thực giao dịch Bitcoin. Tài liệu hiện ở trạng thái Draft và chưa được cấp số BIP. Kích thước khóa công khai là 48 byte. Chữ ký dạng có trạng thái (stateful) dao động 548-4.619 byte, trong khi chữ ký thay thế dạng không trạng thái (stateless) là 5.777 byte.

Vấn đề cốt lõi nằm ở không gian khối. Chữ ký chống lượng tử thường lớn hơn chữ ký hiện tại, khiến số lượng giao dịch có thể đưa vào một khối giảm xuống. SHRINCS chọn giải pháp dùng chữ ký có trạng thái, kích thước nhỏ, cho hoạt động thông thường, và chuyển sang chữ ký thay thế lớn hơn khi ví đánh mất trạng thái chữ ký.

Với chữ ký có trạng thái, mỗi lần dùng lại cùng một khóa, ví phải nhớ đã sử dụng khóa dùng một lần (one-time key) nào. Khi trạng thái bị lệch giữa nhiều thiết bị, ví cứng hoặc trong quá trình khôi phục bản sao lưu, cùng một khóa có thể bị dùng lại, tạo gánh nặng vận hành. Chữ ký thay thế giúp giảm rủi ro này nhưng phải đánh đổi bằng kích thước chữ ký lớn hơn.

Bản nháp cho biết SHRINCS dựa trên thuật toán SHA256 và hướng tới đạt cấp độ bảo mật 1 theo tiêu chuẩn của Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ quốc gia Mỹ (NIST). Tuy nhiên, phần chứng minh bảo mật vẫn còn để trống (TODO). Nhóm làm việc cho biết bộ vector kiểm thử, unit test, chứng minh bảo mật và bản triển khai tối ưu đều chưa hoàn thiện, đồng thời khuyến cáo chưa sử dụng SHRINCS trong môi trường sản xuất ở giai đoạn này.

Blockstream cho biết trong bài nghiên cứu đăng ngày 6 tháng 8 rằng đội ngũ đã rà soát 25.935 tổ hợp tham số để tìm ứng viên chữ ký không trạng thái cho SHRINCS. Quá trình này giúp thu hẹp về nhóm ứng viên có kích thước nhỏ hơn SLH-DSA và đưa ra ứng viên 5.776 byte. Cùng bài viết, Blockstream giải thích chữ ký có trạng thái bắt đầu từ 324 byte và tăng thêm khoảng 16 byte mỗi lần cùng một khóa được dùng lại.

Unchained đưa tin ngày 28 lúc 19h31 (giờ Hàn Quốc) rằng nhóm nghiên cứu Blockstream đã đề xuất SHRINCS như một cơ chế chữ ký hậu lượng tử nhằm giảm áp lực lên không gian khối của Bitcoin. Theo Unchained, khi so sánh thông lượng giữa kịch bản toàn bộ giao dịch dùng chữ ký Schnorr và kịch bản dùng SLH-DSA, SHRINCS được thiết kế để khôi phục thông lượng về gần mức 3 giao dịch mỗi giây.

Bản nháp lần này là bước tiếp theo của tiến trình đưa thảo luận về chữ ký chống lượng tử cho Bitcoin xuống giai đoạn tài liệu cụ thể mà TokenPost từng đề cập. Khi đó, kho lưu trữ công khai cũng ghi trạng thái tài liệu là chưa cấp số BIP và ở dạng Draft, cho thấy đây chưa phải đặc tả hoàn chỉnh nhằm áp dụng cho mainnet.

Blockstream cho biết vào tháng 3 đã thử nghiệm giao dịch dùng chữ ký SHRINCS trên mạng Liquid - sidechain của Bitcoin do chính Blockstream vận hành. Một bài viết trước đó của TokenPost về thử nghiệm bảo mật lượng tử trên Bitcoin cũng từng đề cập nghiên cứu SHRINCS đang tiến tới giai đoạn triển khai mã nguồn và thảo luận kiểm chứng bằng máy (machine verification).

Mật mã chống lượng tử là hệ thống được thiết kế để phòng trường hợp máy tính lượng tử trong tương lai làm suy yếu các thuật toán mật mã khóa công khai hiện tại. Với Bitcoin, sau khi khóa công khai bị lộ, giới phát triển đồng thời bàn về việc cơ chế chữ ký mới có đủ mạnh hay không và cách chuyển đổi từ địa chỉ, ví hiện tại sang hệ thống mới. Vì vậy, không chỉ đặc tả kỹ thuật mà cả thay đổi về đồng thuận (consensus) và cách vận hành ví cũng trở thành vấn đề cần giải quyết song song.

Quy trình áp dụng thực tế là câu chuyện khác. Nhóm làm việc khẳng định bản nháp lần này chỉ là đặc tả mật mã, tách biệt với quy tắc xác thực đồng thuận. Để áp dụng SHRINCS vào Bitcoin, mạng lưới cần ít nhất một định dạng output mới và một BIP bổ sung.

Việc áp dụng lên mainnet chỉ khả thi khi có soft fork và được sự ủng hộ của những người tham gia mạng lưới. Ngay cả khi đặc tả mật mã được thống nhất trong giới phát triển, vẫn cần một lộ trình chuyển đổi được node, thợ đào, các đơn vị cung cấp ví và người dùng chấp nhận.

Với độc giả tại Việt Nam, đây là diễn biến liên quan đến bảo mật hạ tầng dài hạn của Bitcoin hơn là yếu tố tác động giá ngắn hạn. Điều được xác nhận là nghiên cứu chuyển đổi chữ ký, xuất phát từ nguy cơ máy tính lượng tử, đã bước vào giai đoạn công bố bản nháp và kêu gọi rà soát. Thời điểm áp dụng thực tế cũng như thiết kế cuối cùng vẫn chưa được xác định.