Дослідник Ethereum Foundation Джастін Дрейк заявив, що мережевий рівень 1 відмовиться від Poseidon після восьмирічних досліджень із восьмизначним бюджетом і перейде на усталені хеш-функції, такі як SHA-2 або BLAKE2s.
Підсумок
- Дорожня карта L1 Ethereum використовуватиме традиційні хеші замість функції Poseidon, орієнтованої на SNARK.
- SNARK у двійкових полях, за повідомленнями, можуть доводити близько 1 мільйона викликів традиційних хешів за секунду.
- Виробнича leanVM запланована на 2027 рік, а розгортання на рівні — у 2028 році.
- Хеш-підписи є центральною частиною запланованого захисту Ethereum від квантових комп'ютерів.
Ethereum L1 відвертається від Poseidon
Джастін Дрейк сказав у дописі X від 13 серпня, що Ethereum Foundation відмовляється від Poseidon для своєї дорожньої карти L1 і переходить до традиційних варіантів, таких як SHA або BLAKE.
«Прощавай, Poseidon!» — написав Дрейк, описавши це рішення як результат «8-річної кролячої нори з восьмизначним бюджетом» у постквантовій криптографії.
Poseidon з'явився у 2019 році як хеш-функція, розроблена для систем доказів з нульовим розголошенням. Його структура робила обробку в Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge, зазвичай відомих як SNARK, менш затратною, ніж традиційні хеш-функції, побудовані на бінарних операціях.
З 2018 року Ethereum Foundation інвестував у спеціалізовані хеші в рамках своєї роботи над технологією нульового розголошення. Poseidon згодом став поширеним вибором у zk-rollups і zkVMs, включаючи системи, що захищають мільярди доларів у криптоактивах.
Оголошення Дрейка стосується майбутньої архітектури L1 Ethereum, а не негайного видалення Poseidon з існуючих застосунків. Rollups, віртуальні машини та інші проєкти, які вже використовують цю функцію, не зобов'язані замінювати її через рішення щодо дорожньої карти.
Прогрес у дизайні систем доказів змінив компроміс, який спочатку надавав перевагу Poseidon. За словами Дрейка, усталені функції, такі як SHA-2 і BLAKE2s, можуть відповідати його продуктивності в поєднанні з SNARK, розробленими навколо бінарних обчислень.
«Озираючись назад, ключовим були не SNARK-дружні хеші, а хеш-дружні SNARK».
SNARK у двійкових полях роблять традиційні хеші практичними
Двійкові поля дозволяють системам доказів природніше обробляти булеву логіку, яку використовують стандартні хеш-функції. Раніше дизайни SNARK часто покладалися на великі прості поля, де бітові операції, такі як XOR, були дорогими для представлення.
Робота з найменшим простим числом, двома, дозволяє системам двійкових полів узгоджувати свої обчислення з нулями та одиницями, які використовуються у звичайних обчисленнях. Дрейк сказав, що отримані дизайни можуть доводити близько 1 мільйона викликів традиційних хешів за секунду на ноутбуці, з накладними витратами приблизно в 100 разів порівняно з нативним виконанням на CPU.
Дослідницькі проєкти, включаючи Binius і Flock, сприяли покращенню продуктивності, згідно з дописом. Binius застосовує арифметику двійкових полів до доказів з нульовим розголошенням, тоді як Flock зосереджується на доведенні великих партій булевих обчислень, включаючи обчислення з SHA-256, Keccak і BLAKE3.
Дрейк також вказав на SNARK.fast, відкритий автоматизований дослідницький проєкт, який використовує штучний інтелект для покращення коду доведення. Його найсильніший результат досяг 1,8 мільйона стиснень BLAKE3 за секунду, що становить покращення на 255% порівняно з початковим еталоном.
Використання усталених хешів може зменшити залежність Ethereum від спеціалізованих криптографічних функцій, які потребують років окремого аналізу. SHA і BLAKE вже отримали широке вивчення поза системами нульового розголошення, хоча їх впровадження в Ethereum все одно потребуватиме досліджень, аудитів і тестування.
Це рішення також змінює взаємозв'язок між хеш-функціями Ethereum та його інфраструктурою доказів. Замість розробки нового хеша навколо обмежень SNARK, дослідники можуть будувати SNARK навколо хеш-функцій, які вже мають довгу історію безпеки.
Постквантова робота Ethereum віддає перевагу підписам на основі хешів
Дрейк пов'язав це рішення з постквантовою програмою безпеки Ethereum, яка готує протокол до комп'ютерів, здатних зламати еліптичну криптографію. Наразі Ethereum покладається на такі системи для облікових записів користувачів та частин своєї консенсусної та інформаційної інфраструктури.
Як повідомляло crypto.news у серпні, співзасновник Віталік Бутерін підняв квантову безпеку вище в оновленій дорожній карті Ethereum. План також охоплює нативну конфіденційність, формальну верифікацію, постквантове масштабування та можливі заміни частин віртуальної машини Ethereum.
Дрейк сказав, що нещодавні досягнення в криптоаналізі за допомогою ШІ створили невдачі для складніших постквантових систем. Він конкретно згадав HAWK, дизайн підписів на основі ґраток, та SQIsign, який покладається на криптографію на основі ізогеній.
За його оцінкою, ці проблеми посилюють аргументи на користь підписів на основі хешів у блокчейнах. Такі дизайни використовують відносно прості та добре вивчені припущення, хоча окремі підписи можуть бути занадто великими для прямого використання в поточному масштабі Ethereum.
Агрегація SNARK пропонує один із способів вирішення проблеми розміру. Система доказів може перевіряти багато підписів на основі хешів і стискати результат в один менший доказ для мережі, а не вимагати, щоб кожен підпис був розміщений і перевірений окремо.
Той самий метод може підтримувати мультипідписні схеми та порогові підписи k-з-n, коли транзакція потребує схвалення від певної кількості учасників. Дрейк сказав, що гнучкість полягає у використанні SNARK для доведення правил авторизації без розміщення всіх базових даних підписів у ланцюжку.
Підготовка на рівні гаманців уже тестується. У червні дослідник Ethereum продемонстрував захист облікових записів за допомогою верифікатора підписів на основі SPHINCS, причому одна оптимізована версія потребувала близько 127 000 газу та мала підпис розміром 3 704 байти. Дослідник оцінив вартість верифікації приблизно в 0,07 долара за обліковий запис на той час.
Стандарти США додають тиску для ранньої підготовки
Для американських інвесторів і компаній, які використовують Ethereum, дорожня карта вирішує ризик безпеки, який федеральні стандартизуючі агентства вже почали розглядати як проблему міграції. Національний інститут стандартів і технологій (NIST) фіналізував свої перші три постквантові криптографічні стандарти в серпні 2024 року та закликав системних адміністраторів почати їх інтеграцію.
Стандарти NIST не визначають вибір протоколу Ethereum, і обрані агентством алгоритми самі по собі не роблять мережу квантово-безпечною. Однак його робота з міграції показує, що американські установи готуються до появи криптографічно релевантних квантових комп'ютерів.
Незалежна дорадча рада Coinbase дійшла подібної позиції в 50-сторінковому документі, опублікованому в квітні. До її складу входили Дрейк, криптограф Стенфорда Ден Боне, засновник EigenLayer Срірам Каннан, керівник відділу криптографії Coinbase Єгуда Лінделл та дослідниця розподілених систем Далія Малкі.
Рада дійшла висновку, що поточні блокчейни залишаються захищеними від квантових атак, але попередила, що заміна вразливих підписів у мережах, гаманцях і біржах може зайняти роки. Згідно з дорадчим документом, деякі квантово-стійкі альтернативи можуть збільшити вимоги до даних блокчейну до 38 разів.
Використання агрегації доказів в Ethereum має на меті обмежити такі витрати, одночасно замінюючи вразливу криптографію. Дрейк сказав, що SNARK на основі хешів можуть стискати довільну кількість постквантових підписів у компактний доказ, придатний для включення в блок.
LeanVM націлений на виробниче розгортання у 2027 році
Постквантова команда Ethereum Foundation працює над інфраструктурою двійкових полів у рамках leanVM, мінімальної віртуальної машини з нульовим розголошенням, призначеної для перевірки та агрегації криптографічних доказів.
Дрейк сказав, що поточний графік передбачає виробничий рівень leanVM у 2027 році. Розгортання, що охоплюють консенсус, дані та рівні виконання Ethereum, заплановані на 2028 рік, хоча кожна зміна протоколу все одно потребуватиме впровадження, тестування та узгодження між незалежними командами розробників Ethereum.
Розклад знаходиться в межах Strawmap Ethereum, технічного координаційного документа, що охоплює період до 2029 року, а не остаточного календаря активації. Раніше покриття Strawmap описувало сім запропонованих форків, що охоплюють швидші слоти, коротшу фіналізацію, постквантову криптографію, конфіденційність та вищу пропускну здатність мережі.
Постквантова команда Ethereum зараз працює з Binius, Flock та пов'язаними двійковими польовими системами, розробляючи еталони leanVM. Дрейк зазначив, що запланована робота на 2028 рік застосує отриману технологію доказів окремо на рівні консенсусу, рівні даних та рівні виконання.
