O pesquisador da Fundação Ethereum, Justin Drake, disse que a camada 1 da rede deixará o Poseidon após um esforço de pesquisa de oito anos e oito dígitos, e buscará funções hash estabelecidas, como SHA-2 ou BLAKE2s.
Resumo
- O roteiro da L1 da Ethereum usará hashes tradicionais em vez da função Poseidon focada em SNARK.
- SNARKs de campo binário podem provar cerca de 1 milhão de chamadas de hash tradicionais por segundo.
- Uma leanVM de nível de produção está programada para 2027, seguida por implantações de camada em 2028.
- Assinaturas baseadas em hash formam uma parte central da proteção planejada da Ethereum contra computadores quânticos.
L1 da Ethereum se afasta do Poseidon
Justin Drake disse em uma postagem no X em 13 de agosto que a Fundação Ethereum está abandonando o Poseidon para seu roteiro de L1 e se movendo em direção a opções tradicionais, como SHA ou BLAKE.
"Adeus, Poseidon!" escreveu Drake, descrevendo a decisão como o resultado de um "buraco de coelho de 8 anos e 8 dígitos" em criptografia pós-quântica.
Poseidon surgiu em 2019 como uma função hash projetada para sistemas de prova de conhecimento zero. Sua estrutura tornava menos custoso processar dentro de Argumentos Sucintos Não Interativos de Conhecimento, comumente conhecidos como SNARKs, do que funções hash tradicionais construídas em torno de operações binárias.
Desde 2018, a Fundação Ethereum investiu em hashes especializados como parte de seu trabalho em tecnologia de conhecimento zero. Poseidon mais tarde se tornou uma escolha comum em zk-rollups e zkVMs, incluindo sistemas que protegem bilhões de dólares em ativos cripto.
O anúncio de Drake diz respeito à futura arquitetura L1 da Ethereum, em vez de uma remoção imediata do Poseidon de aplicações existentes. Rollups, máquinas virtuais e outros projetos que já usam a função não são obrigados a substituí-la por causa da decisão do roteiro.
Avanços no design de sistemas de prova agora mudaram a troca que inicialmente favorecia o Poseidon. De acordo com Drake, funções estabelecidas como SHA-2 e BLAKE2s podem igualar seu desempenho quando emparelhadas com SNARKs projetados em torno de computação binária.
"Em retrospectiva, a chave não eram hashes amigáveis a SNARK, mas SNARKs amigáveis a hash."
SNARKs de campo binário tornam hashes tradicionais práticos
Campos binários permitem que sistemas de prova processem a lógica booleana usada por funções hash padrão de forma mais natural. Projetos anteriores de SNARK frequentemente dependiam de grandes campos primos, onde operações baseadas em bits, como XOR, podiam ser custosas de representar.
Trabalhar sobre o menor número primo, dois, permite que sistemas de campo binário alinhem seus cálculos com os zeros e uns usados na computação convencional. Drake disse que os designs resultantes podem provar cerca de 1 milhão de chamadas de hash tradicionais por segundo em um laptop, com uma sobrecarga de aproximadamente 100 vezes em comparação com a execução nativa da CPU.
Projetos de pesquisa, incluindo Binius e Flock, contribuíram para os ganhos de desempenho, de acordo com a postagem. Binius aplica aritmética de campo binário a provas de conhecimento zero, enquanto Flock se concentra em provar grandes lotes de cálculos booleanos, incluindo computações envolvendo SHA-256, Keccak e BLAKE3.
Drake também apontou para SNARK.fast, um projeto de pesquisa automatizado e aberto que usa inteligência artificial para melhorar o código de prova. Seu resultado mais forte alcançou 1,8 milhão de compressões BLAKE3 por segundo, representando uma melhoria de 255% em relação ao seu benchmark inicial.
Usar hashes estabelecidos poderia reduzir a dependência da Ethereum em funções criptográficas especializadas que exigem anos de análise separada. SHA e BLAKE já receberam estudo extensivo fora de sistemas de conhecimento zero, embora sua implementação dentro da Ethereum ainda exija pesquisa, auditorias e testes.
A decisão também muda a relação entre as funções hash da Ethereum e sua infraestrutura de prova. Em vez de projetar um novo hash em torno dos limites de um SNARK, os pesquisadores podem construir o SNARK em torno de funções hash que já possuem longos registros de segurança.
Trabalho pós-quântico da Ethereum favorece assinaturas baseadas em hash
Drake vinculou a decisão ao programa de segurança pós-quântica da Ethereum, que está preparando o protocolo para computadores capazes de quebrar a criptografia de curva elíptica. A Ethereum atualmente depende de tais sistemas para contas de usuários e partes de sua infraestrutura de consenso e dados.
Como o crypto.news noticiou em agosto, o cofundador Vitalik Buterin elevou a segurança quântica no roteiro atualizado da Ethereum. O plano também cobre privacidade nativa, verificação formal, escalabilidade pós-quântica e possíveis substituições para partes da Máquina Virtual Ethereum.
Drake disse que avanços recentes em criptoanálise assistida por IA criaram contratempos para sistemas pós-quânticos mais complexos. Ele citou especificamente o HAWK, um design de assinatura baseado em reticulados, e o SQIsign, que depende de criptografia baseada em isogenias.
De acordo com sua avaliação, os problemas fortalecem o caso para assinaturas baseadas em hash em blockchains. Tais designs usam suposições relativamente simples e extensivamente estudadas, embora assinaturas individuais possam ser grandes demais para uso direto na escala atual da Ethereum.
A agregação SNARK oferece uma maneira de resolver o problema de tamanho. Um sistema de prova pode verificar muitas assinaturas baseadas em hash e comprimir o resultado em uma prova menor para a rede, em vez de exigir que cada assinatura seja colocada e verificada separadamente.
O mesmo método poderia suportar arranjos de múltiplas assinaturas e assinaturas de limite k-de-n, nas quais uma transação precisa da aprovação de um número definido de participantes. Drake disse que a flexibilidade vem do uso do SNARK para provar as regras de autorização sem colocar todos os dados de assinatura subjacentes na cadeia.
Preparações no nível da carteira já estão sendo testadas. Em junho, um pesquisador da Ethereum demonstrou proteção de conta usando um verificador de assinatura baseado em SPHINCS, com uma versão otimizada exigindo cerca de 127.000 de gas e carregando uma assinatura de 3.704 bytes. O pesquisador estimou o custo de verificação em aproximadamente US$ 0,07 por conta na época.
Padrões dos EUA adicionam pressão para preparação antecipada
Para investidores e empresas dos EUA que usam Ethereum, o roteiro aborda um risco de segurança que as agências de padrões federais já começaram a tratar como uma questão de migração. O Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia finalizou seus três primeiros padrões de criptografia pós-quântica em agosto de 2024 e incentivou administradores de sistemas a começar a integrá-los.
Os padrões do NIST não direcionam as escolhas de protocolo da Ethereum, e os algoritmos selecionados pela agência não tornam a rede quântica-segura por si só. Seu trabalho de migração mostra, no entanto, que instituições americanas estão se preparando antes que computadores quânticos criptograficamente relevantes estejam disponíveis.
Um conselho consultivo independente da Coinbase chegou a uma posição semelhante em um documento de 50 páginas publicado em abril. Seus membros incluíam Drake, o criptógrafo de Stanford Dan Boneh, o fundador da EigenLayer Sreeram Kannan, o chefe de criptografia da Coinbase Yehuda Lindell e a pesquisadora de sistemas distribuídos Dahlia Malkhi.
O conselho concluiu que os blockchains atuais permanecem seguros contra ataques quânticos, mas alertou que substituir assinaturas vulneráveis em redes, carteiras e exchanges pode levar anos. De acordo com o documento consultivo, algumas alternativas resistentes a quântica podem aumentar os requisitos de dados do blockchain em até 38 vezes.
O uso de agregação de prova pela Ethereum visa limitar tais custos enquanto substitui criptografia vulnerável. Drake disse que SNARKs baseados em hash poderiam comprimir um número arbitrário de assinaturas pós-quânticas em uma prova compacta adequada para inclusão em um bloco.
LeanVM visa implantação em produção em 2027
A equipe pós-quântica da Fundação Ethereum está trabalhando em infraestrutura de campo binário como parte do leanVM, uma máquina virtual de conhecimento zero mínima destinada a verificar e agregar provas criptográficas.
Drake disse que o cronograma atual prevê um leanVM de nível de produção em 2027. Implantações envolvendo as camadas de consenso, dados e execução da Ethereum estão planejadas para 2028, embora cada mudança de protocolo ainda exija implementação, testes e acordo entre as equipes de desenvolvimento independentes da Ethereum.
O cronograma está dentro do Strawmap da Ethereum, um documento de coordenação técnica que se estende até 2029, em vez de um calendário de ativação finalizado. A cobertura anterior do Strawmap descreveu sete forks propostos cobrindo slots mais rápidos, finalidade mais curta, criptografia pós-quântica, privacidade e maior capacidade de rede.
A equipe pós-quântica da Ethereum está agora trabalhando com Binius, Flock e sistemas relacionados de campo binário, enquanto desenvolve benchmarks para leanVM. Drake disse que o trabalho planejado para 2028 aplicaria a tecnologia de prova resultante separadamente na camada de consenso, na camada de dados e na camada de execução.
