Chữ ký dựa trên hàm băm và con đường hậu lượng tử của Bitcoin

• Các cuộc tấn công lượng tử vào chữ ký ECDSA/Schnorr của Bitcoin vẫn là một rủi ro lý thuyết, dài hạn, với Consensus của các chuyên gia cho rằng cần hàng thập kỷ để chuẩn bị cẩn thận, không gây gián đoạn.
  

• Các lược đồ chữ ký dựa trên hàm băm, bao gồm cả các cấu trúc được tiêu chuẩn hóa bởi NIST như SPHINCS+, cung cấp tính bảo mật hậu lượng tử mạnh mẽ trong khi vẫn nhất quán về mặt triết học và kiến ​​trúc với nền tảng bảo thủ, tập trung vào hàm băm của Bitcoin.
  

• Mặc dù những thách thức như kích thước chữ ký tăng lên và độ phức tạp trong quản lý trạng thái vẫn còn tồn tại, các phương pháp chuyển đổi theo từng giai đoạn—thông qua các nhánh mềm, nâng cấp cấp ví và các mô hình chữ ký lai—cung cấp một lộ trình thực tế và có thể quản lý được hướng tới khả năng phục hồi hậu lượng tử.

Việc Bitcoin tiếp xúc lâu dài với điện toán lượng tử cho thấy chữ ký dựa trên hàm băm (HBS) là một lộ trình nâng cấp hậu lượng tử khả thi, nhờ vào sự phụ thuộc của chúng vào các giả định bảo mật hàm băm phù hợp chặt chẽ với thiết kế giao thức hiện có của Bitcoin.

Các mối đe dọa lượng tử

Khi công nghệ điện toán lượng tử phát triển, câu hỏi liệu máy tính lượng tử có thể phá vỡ Bitcoin hay không định kỳ lại được dư luận quan tâm. Hầu hết các nhà nghiên cứu và nhà phân tích trong ngành đều đồng ý rằng điện toán lượng tử vẫn còn rất xa mới có thể phá vỡ các thuật toán chữ ký cốt lõi của Bitcoin, tuy nhiên khả năng này về mặt lý thuyết vẫn tồn tại. Mô hình sở hữu của Bitcoin dựa trên chữ ký ECDSA/Schnorr, và máy tính lượng tử có thể sử dụng thuật toán Shor để tăng tốc giải quyết các bài toán logarit rời rạc. Điều này ngụ ý rằng, về mặt lý thuyết, các máy tính lượng tử đủ mạnh có thể suy ra khóa riêng từ khóa công khai bị lộ và làm giả chữ ký để chuyển tiền. Rủi ro dài hạn này đã thúc đẩy hệ sinh thái chủ động lập kế hoạch phòng thủ hậu lượng tử thay vì chờ đợi một cuộc khủng hoảng đột ngột.

Adam Back, CEO của Blockstream, nhận định rằng Bitcoin có thể còn hơn hai mươi năm nữa trước khi các cuộc tấn công lượng tử trở nên thực sự nguy hiểm, mang đến một khoảng thời gian chuẩn bị dài hơn nhiều so với nhiều dự báo bi quan.

Hình 1: Sơ đồ minh họa lỗ hổng lượng tử khóa riêng trong chữ ký ECDSA/Schnorr của Bitcoin

Nguồn gốc của đề xuất

Cuộc thảo luận bắt nguồn từ một bài báo được sửa đổi của các nhà nghiên cứu Blockstream, Mikhail Kudinov và Jonas Nick, những người đã phân tích một số lộ trình bảo mật hậu lượng tử tiềm năng cho Bitcoin. Bài báo đặc biệt chú trọng đến chữ ký dựa trên hàm băm, lập luận rằng các phương án này đầy hứa hẹn vì tính bảo mật của chúng chỉ dựa vào các giả định về Hash — những giả định đã được tích hợp sâu sắc trong thiết kế của Bitcoin. Họ cho rằng tính tương thích này làm cho chữ ký dựa trên hàm băm trở thành một lựa chọn khả thi cho kỷ nguyên hậu lượng tử.

CHỮ KÝ DỰA TRÊN HASH

Chữ ký dựa trên hàm băm (HBS) là một loại chữ ký số dựa vào các thuộc tính của Hash — tính một chiều và khả năng chống va chạm — thay vì các giả định toán học như logarit rời rạc của đường cong elliptic. Các lược đồ như SPHINCS+, hiện là một phần của tiêu chuẩn chữ ký hậu lượng tử của NIST, đã trải qua quá trình xem xét mật mã rộng rãi và nhìn chung được coi là có nền tảng lý thuyết vững chắc cho thiết kế chống lượng tử.
Bằng cách tăng độ dài đầu ra Hash và sử dụng các cấu trúc đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, các phương pháp này có thể duy trì biên độ bảo mật cao ngay cả khi có sự hiện diện của các khả năng tấn công vét cạn được tăng tốc lượng tử.

TRANH LUẬN VỀ TÍNH TƯƠNG THÍCH

Mặc dù HBS là một giải pháp thay thế hậu lượng tử về mặt khái niệm khá rõ ràng, nhưng việc tích hợp kỹ thuật vào Bitcoin vẫn còn là một vấn đề gây tranh cãi. Các câu hỏi chính được nêu ra trong các nghiên cứu và thảo luận trên phương tiện truyền thông bao gồm:

1. Làm thế nào để cân bằng kích thước chữ ký với chi phí dữ liệu on-chain ?
2. Bitcoin nên hỗ trợ nhiều biến thể HBS hay chỉ nên chuẩn hóa một biến thể duy nhất?
3. Liệu có cần xác minh lịch sử hoặc theo dõi bổ sung từ phía tiểu bang không?

Những vấn đề này vẫn đang được thảo luận sôi nổi và chưa đạt được Consensus trong giới kỹ thuật.

ƯU ĐIỂM CỐT LÕI

Những người ủng hộ nêu bật một số lợi thế:

1. Các giả định bảo mật thống nhất — HBS chỉ dựa vào các hàm Hash , vốn đã là nền tảng của kiến ​​trúc Bitcoin.
2. Phân tích mật mã chuyên sâu — một số phương pháp dựa trên hàm băm đã trải qua quá trình tiêu chuẩn hóa của NIST và nhiều năm kiểm tra nghiêm ngặt, củng cố niềm tin vào khả năng chống chịu lâu dài của chúng.
3. Khả năng tương thích giao thức — về nguyên tắc, chữ ký dựa trên hàm băm có thể được đưa vào thông qua các kiểu đầu ra soft-forked mà không làm gián đoạn các quy tắc Consensus hiện có.

So với các lược đồ dựa trên mạng lưới, vốn đưa ra những giả định toán học phức tạp mới và gánh nặng triển khai lớn hơn, HBS thường được xem là phù hợp hơn về mặt triết học với các nguyên tắc thiết kế tối giản và bảo thủ của Bitcoin.

NHỮNG QUAN NIỆM SAI LẦM CỦA CÔNG CHÚNG

Các tiêu đề báo chí thường khuếch đại nỗi sợ hãi bằng cách tuyên bố rằng “ví của Satoshi sẽ là mục tiêu đầu tiên của các cuộc tấn công lượng tử”. Mặc dù các ví Pay-To-Public-Key (P2PK) đời đầu確實 để lộ khóa công khai và do đó về mặt lý thuyết phải đối mặt với rủi ro lượng tử cao hơn, nhưng tình hình phức tạp hơn. Không phải tất cả các ví đời đầu đều có thiết kế này, và những rủi ro này có thể được giảm thiểu thông qua các công cụ chuyển đổi, cơ chế ký lại và nâng cấp ví phối hợp.
Vấn đề này nghiêm trọng nhưng không phải là không thể vượt qua, và chắc chắn không phải là một thảm họa ngay lập tức.

THÁCH THỨC TRONG QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN

Việc triển khai HBS trong Bitcoin đối mặt với những thách thức kỹ thuật thực sự:

1. Chữ ký lớn — chữ ký dựa trên hàm băm có kích thước lớn hơn đáng kể so với chữ ký Schnorr hiện nay, thường lên đến vài kilobyte. Điều này ảnh hưởng đến việc lan truyền Block , xác thực và phí người dùng.
2. Quản lý trạng thái — một số hệ thống HBS yêu cầu theo dõi trạng thái sử dụng khóa, làm phức tạp quy trình ký điện tử trên nhiều thiết bị và khi ngoại tuyến.

Những vấn đề này có thể giải quyết được nhưng đòi hỏi thiết kế cẩn thận, thảo luận kéo dài nhiều năm và thử nghiệm nghiêm ngặt.

ĐƯỜNG DI CƯ

Giới truyền thông và cộng đồng nhà phát triển đã vạch ra một số lộ trình chuyển đổi tiềm năng:

1. Nâng cấp ở cấp độ giao thức — giới thiệu các loại đầu ra mới hỗ trợ chữ ký hậu lượng tử thông qua các nhánh mềm (soft fork).
2. Di chuyển ở cấp độ ví — yêu cầu người dùng chuyển tiền từ các địa chỉ cũ có nguy cơ bị tấn công sang các địa chỉ mới, có khả năng chống lại tấn công lượng tử.
3. Các cơ chế lai — tạm thời yêu cầu cả chữ ký cổ điển và hậu lượng tử để thu hẹp khoảng thời gian dễ bị tổn thương trong quá trình chuyển đổi.

Những hướng đi này vẫn đang được thảo luận và thử nghiệm, nhưng chúng thể hiện cách tiếp cận chủ động của hệ sinh thái đối với rủi ro lượng tử dài hạn.

Hình 2: Sơ đồ quá trình chuyển đổi hệ thống chữ ký Bitcoin (Cũ → Mới)

Consensus VÀ THỜI GIAN BIỂU

Cộng đồng Bitcoin vốn dĩ mang tính bảo thủ. Bất kỳ bản nâng cấp giao thức nào — đặc biệt là những bản sửa đổi hệ thống chữ ký — đều đòi hỏi thời gian dài xem xét công khai, thử nghiệm và đạt Consensus của cộng đồng.
Tương ứng, hầu hết các chuyên gia đều đồng ý rằng máy tính lượng tử có khả năng phá vỡ chữ ký của Bitcoin vẫn là mối lo ngại dài hạn chứ không phải là mối đe dọa cận kề. Khoảng thời gian dài này cho phép hệ sinh thái chuẩn bị một cách có hệ thống thay vì vội vàng áp dụng các giải pháp không chắc chắn hoặc chưa hoàn thiện.

PHẦN KẾT LUẬN

Chữ ký dựa trên hàm băm đại diện cho một hướng đi hậu lượng tử phù hợp chặt chẽ với mô hình bảo mật và triết lý thiết kế hiện có của Bitcoin. Sự xuất hiện của chúng như một ứng cử viên tiềm năng đánh dấu một sự thay đổi trong các cuộc thảo luận của ngành – từ những câu chuyện suy đoán đầy lo sợ sang kế hoạch kỹ thuật và quản trị giao thức cụ thể.

HBS không phải là một giải pháp thần kỳ duy nhất, mà là một lộ trình tiến hóa dài hạn, sẽ hoàn thiện thông qua nghiên cứu giao thức, công cụ chuyển đổi, phối hợp cộng đồng và tiêu chuẩn hóa.

Trước viễn cảnh điện toán lượng tử sắp xảy ra, hệ sinh thái Bitcoin đã và đang thực hiện những bước đi thận trọng, dựa trên nền tảng kỹ thuật vững chắc — đây chính là dấu hiệu cho thấy khả năng phục hồi lâu dài của mạng lưới.

Đọc thêm:

Mối đe dọa lượng tử: Liệu Bitcoin có thể bị phá vỡ?

Việc bán Quantum Cats bị hoãn do sự cố kỹ thuật.

〈 Chữ ký dựa trên hàm băm và Đường dẫn sau lượng tử của Bitcoin 〉這篇文章最早發佈於《 CoinRank 》。