Trưởng bộ phận nghiên cứu của Fireblocks xác định các khóa công khai bị lộ là yếu tố chính quyết định mức độ rủi ro lượng tử trong tương lai của Bitcoin, đồng thời dẫn các ước tính công khai cho rằng khoảng 6,7 triệu đến 7 triệu BTC nằm sau những khóa đã hiển thị trên chuỗi.

Tóm tắt

• Các đầu ra Bitcoin cũ và địa chỉ được sử dụng lại có thể khiến tiền nằm sau những khóa công khai đã bị lộ.

• Fireblocks khuyến nghị sử dụng địa chỉ nhận tiền và địa chỉ tiền thừa mới, đồng thời liên tục theo dõi số dư gắn với các khóa đã bị lộ.

• Đề xuất BIP 360 của Bitcoin giúp giảm nguy cơ lộ khóa về lâu dài nhưng không bảo vệ hoàn toàn trước máy tính lượng tử.

• Fireblocks đã giảm lượng gas cần để xác minh chữ ký hậu lượng tử trên Ethereum từ 8,09 triệu xuống còn 1,23 triệu.

Michael Gutkin, Phó chủ tịch Nghiên cứu của Fireblocks, nói với crypto.news rằng mức độ rủi ro của người nắm giữ phụ thuộc vào blockchain, loại địa chỉ và lịch sử giao dịch, chứ không phải chủ sở hữu là sàn giao dịch, tổ chức hay cá nhân.

“Xét cho cùng, mức độ lộ khóa phụ thuộc vào việc khóa công khai đã hiển thị trên chuỗi hay chưa.”

Theo đánh giá của Gutkin, giao dịch thường xuyên có thể tạo ra rủi ro do dùng lại địa chỉ và cách xử lý Bitcoin chưa chi tiêu. Ông cho biết một bộ phận quản lý ngân quỹ hiếm khi dịch chuyển tài sản có thể giữ khóa công khai ở trạng thái ẩn lâu hơn, nhưng chỉ khi định dạng địa chỉ và hoạt động trước đó chưa làm lộ chúng.

Các đầu ra Bitcoin cũ và địa chỉ được dùng lại làm lộ khóa

Gutkin giải thích rằng với các đầu ra Bitcoin đời đầu được gọi là pay-to-public-key, hay P2PK, khóa công khai đã hiển thị ngay từ đầu. Ông cho biết nhiều đầu ra có từ thời Satoshi sử dụng định dạng này, khiến khóa của chúng bị lộ ngay cả khi số coin chưa từng được dịch chuyển.

Gutkin cho biết, trái lại, các địa chỉ pay-to-public-key-hash và native SegWit, được gọi là P2PKH và P2WPKH, ẩn khóa công khai cho đến lần chi tiêu đầu tiên. Tuy nhiên, theo giải thích của ông, một khi người nắm giữ chi tiêu từ địa chỉ đó, khóa sẽ bị lộ vĩnh viễn.

Gutkin cho biết nếu cùng một địa chỉ tiếp tục nhận thêm Bitcoin, số tiền mới đó sẽ nằm sau một khóa đã bị lộ. Với những người nắm giữ muốn kiểm tra mức độ rủi ro, ông khuyến nghị xem các địa chỉ đã từng chi tiêu hay chưa và liệu chúng có tiếp tục nhận tiền hay không.

Taproot tạo ra một điểm khác biệt nữa. Các tác giả của BIP 360 xác định rằng đầu ra Taproot dễ bị tấn công lượng tử kéo dài vì khóa công khai của đầu ra hiển thị ngay khi được tạo.

Theo đề xuất, một máy tính lượng tử đủ mạnh có thể suy ra khóa riêng từ khóa công khai đã bị lộ. Các tác giả phân biệt giữa những cuộc tấn công nhằm vào khóa bị lộ trong thời gian dài và các cuộc tấn công nhanh hơn, được thực hiện sau khi giao dịch làm lộ khóa nhưng trước khi giao dịch được xác nhận.

Mối lo ngại này vẫn là một nguy cơ trong tương lai. Trong báo cáo ngày 17 tháng 9 về những thách thức khi Bitcoin chuyển đổi, Giám đốc Công nghệ của Ledger, Charles Guillemet, cho biết chưa có máy tính lượng tử nào có khả năng phá vỡ các chữ ký hiện tại của Bitcoin và đủ mạnh để gây ảnh hưởng đến mật mã được biết là đang tồn tại.

Tuy vậy, Guillemet cảnh báo rằng nghiên cứu, thay đổi phần mềm, nâng cấp ví phần cứng và việc người dùng chấp nhận công nghệ mới có thể mất nhiều năm, khiến công tác chuẩn bị trở thành một vấn đề riêng, không phụ thuộc vào thời điểm xuất hiện một tác nhân tấn công thực sự.

Thay đổi ví dần dần có thể giảm mức độ rủi ro trên Bitcoin

Trước những lời kêu gọi chuẩn bị theo chế độ “hầm trú ẩn”, Gutkin lập luận rằng các tổ chức nên liên tục quản lý mức độ lộ khóa công khai thay vì lên kế hoạch cho một đợt chuyển tiền hàng loạt duy nhất.

“Tôi không nghĩ mục tiêu của một tổ chức nên là thực hiện một đợt di chuyển hàng loạt duy nhất,” ông nói.

Theo phương pháp được đề xuất, các khoản Bitcoin nạp mới sẽ được chuyển đến những địa chỉ mới, còn tiền thối từ giao dịch cũng sẽ được chuyển về các địa chỉ mới. Gutkin cho biết các tổ chức nên theo dõi từng đầu ra giao dịch chưa chi tiêu, hay UTXO, để xác định khoản tiền nào đã nằm sau các khóa bị lộ.

Gutkin giải thích rằng thông qua hoạt động chi tiêu thông thường, số dư ở các địa chỉ bị lộ có thể dần cạn đi trong khi tiền mới được chuyển đến các địa chỉ có khóa công khai vẫn được ẩn. Ông cho biết bảng điều khiển theo dõi mức độ lộ khóa theo thời gian thực nên hiển thị cả số dư còn lại ở các địa chỉ bị lộ và những giao dịch làm phát sinh thêm rủi ro.

Theo Gutkin, Fireblocks đã hỗ trợ một số thành phần của quy trình này và đang phát triển các công cụ để lựa chọn đầu vào giao dịch dựa trên mức độ lộ khóa, cũng như hiển thị số dư bị ảnh hưởng.

Các nhà cung cấp dịch vụ lưu ký khác cũng đã triển khai những biện pháp kiểm soát liên quan. Trong thông báo ngày 22 tháng 7, BitGo trình bày chi tiết bốn biện pháp kiểm soát ví Bitcoin, gồm chấm điểm mức độ lộ khóa, khắc phục vấn đề địa chỉ, lựa chọn đầu vào giao dịch và cập nhật các mặc định về địa chỉ.

BitGo cho biết phương pháp lựa chọn đầu vào của họ cố gắng chi tiêu tất cả các đầu ra chưa chi tiêu gắn với một địa chỉ được chọn, qua đó giảm khả năng để sót tiền sau khi giao dịch làm lộ khóa. Công ty mô tả các biện pháp kiểm soát này là bước chuẩn bị về vận hành, chứ không phải phương án thay thế cho một bản nâng cấp Bitcoin trong tương lai.

Gutkin cảnh báo rằng nếu chuyển đổi gấp, các holder lớn cùng cạnh tranh năng lực giao dịch Bitcoin có hạn có thể khiến phí tăng và thời gian xác nhận kéo dài. Ông cho biết trong các tổ chức, những giao dịch và bước phê duyệt bổ sung có thể làm tăng nguy cơ sai sót, chẳng hạn như gửi tiền thối về một địa chỉ đã bị lộ.

Để hạn chế lừa đảo giả mạo và sai sót trong quá trình xử lý, Gutkin khuyến nghị thiết lập trước địa chỉ nhận, chính sách phê duyệt và các kênh liên lạc đáng tin cậy. Ông cho biết một giao dịch khẩn cấp không nên buộc khách hàng hoặc nhân viên phải làm theo những hướng dẫn xa lạ hay bỏ qua các biện pháp kiểm soát hiện có.

Bitcoin vẫn cần một phương thức chi tiêu chống lại tấn công lượng tử

Gutkin cho biết ngay cả khi thực hành sử dụng địa chỉ được cải thiện, Bitcoin vẫn cần một phương thức chống lượng tử để ủy quyền giao dịch.

Trong phần giải thích của mình, Gutkin cho biết BIP 360 giải quyết một phần vấn đề bằng cách đề xuất các đầu ra pay-to-Merkle-root, loại bỏ đường chi tiêu bằng khóa bị lộ của Taproot. Ông nhấn mạnh rằng việc giảm mức độ lộ khóa công khai trong dài hạn không biến đề xuất này thành một giải pháp hậu lượng tử hoàn chỉnh.

Các tác giả của đề xuất cũng nêu rằng để chống lại những cuộc tấn công trong khoảng thời gian ngắn trước khi giao dịch được xác nhận, có thể cần đến chữ ký hậu lượng tử. BIP 360 hiện vẫn được liệt kê là bản dự thảo.

Gutkin cho biết, không giống Ethereum, Bitcoin không thể đơn giản chấp nhận một hợp đồng xác minh chữ ký mới thông qua lớp ứng dụng đa dụng. Ông giải thích rằng tùy thiết kế được chọn, có thể cần thay đổi giao thức để hỗ trợ cơ chế này và duy trì phí giao dịch ở mức hợp lý.

Gutkin cũng đề cập đến nghiên cứu về chữ ký dựa trên hàm băm, bao gồm các thiết kế theo dõi trạng thái ký để giảm chi phí xử lý. Ông cho biết những phương pháp này đòi hỏi sự đánh đổi về kích thước chữ ký, thiết kế ví và việc lưu trữ hồ sơ.

Đối với các nhà đầu tư Mỹ nắm giữ Bitcoin thông qua quỹ, thỏa thuận lưu ký cũng là một phần của công tác chuẩn bị. Một báo cáo ngày 23 tháng 9 về kế hoạch lưu ký hậu lượng tử của Coinbase lưu ý rằng nhà đầu tư vào các quỹ ETF Bitcoin và Ethereum giao ngay không kiểm soát các khóa riêng bảo vệ tài sản của quỹ; các đơn vị phát hành giao việc quản lý những khóa này cho các bên lưu ký được lựa chọn.

Trong báo cáo đó, Yehuda Lindell, Trưởng bộ phận Mật mã của Coinbase, mô tả kế hoạch xây dựng hạ tầng lưu ký có thể hỗ trợ nhiều cơ chế chữ ký hậu lượng tử khác nhau. Lindell cho biết Coinbase đang tìm hiểu các mô-đun bảo mật phần cứng có thể lập trình, như một giải pháp thay thế khi cơ chế được một blockchain lựa chọn không tương thích với các hệ thống ký phân tán hiện có của blockchain đó.

Việc xác minh rẻ hơn trên Ethereum vẫn đòi hỏi thay đổi ví

Gutkin cho biết trên Ethereum, các tài khoản thông thường để lộ khóa công khai ngay khi ký một giao dịch, vì có thể khôi phục khóa từ chữ ký. Ông giải thích, không giống như việc luân phiên địa chỉ Bitcoin, thường xuyên thay tài khoản Ethereum kém thực tế hơn vì số dư, quyền phê duyệt token và hoạt động trên ứng dụng đều gắn với tài khoản đó.

Gutkin lưu ý rằng với các ví Solana thông thường, địa chỉ chính là khóa công khai, vì vậy khóa bị lộ ngay cả khi chưa có giao dịch chi tiêu nào.

Theo Gutkin, các tài khoản Ethereum có thể lập trình cho phép thay đổi cách ủy quyền giao dịch mà vẫn giữ nguyên tài khoản. Nghiên cứu của Fireblocks đã giảm lượng gas cần để xác minh ML-DSA-44, một cơ chế chữ ký hậu lượng tử, từ 8,09 triệu xuống còn 1,23 triệu.

Trong một bài nghiên cứu ngày 2 tháng 9, Fireblocks cho biết bộ xác minh tuân thủ FIPS 204, tiêu chuẩn chữ ký số do Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ ban hành. Gutkin cho biết nhóm đã cải tiến bản triển khai thay vì thay đổi thuật toán đã được tiêu chuẩn hóa.

Trong số những cải tiến, Gutkin nêu ra việc tối ưu hóa hàm băm, phép toán, giải mã chữ ký, xử lý khóa công khai và sử dụng bộ nhớ. Ông cho biết mức sử dụng bộ nhớ đỉnh đã giảm từ gần một megabyte xuống còn khoảng 41 kilobyte.

Thiết kế này vẫn đi kèm chi phí. Gutkin ước tính chi phí triển khai một lần cho khóa công khai mở rộng vào khoảng 4,1 triệu gas, ngoài 1,23 triệu gas cần cho mỗi lần xác minh.

Gutkin cho biết với bộ phận quản lý ngân quỹ hoặc ví lạnh thực hiện tương đối ít giao dịch, những chi phí đó có thể chấp nhận được. Ông lưu ý rằng tài khoản Ethereum thông thường không thể đơn giản chuyển sang dùng ML-DSA; việc tích hợp với tài khoản thông minh, hỗ trợ lưu ký và bảo đảm tương thích với các ứng dụng phi tập trung vẫn cần thêm công việc kỹ thuật.

Gutkin cũng cho biết bộ xác minh không giúp toàn bộ hệ thống Ethereum an toàn trước máy tính lượng tử; các nghiên cứu riêng ở lớp đồng thuận và lớp dữ liệu vẫn đang tiếp tục.

Gutkin cho biết dù đã được kiểm thử rộng rãi và xác minh hình thức, bản triển khai của Fireblocks vẫn là mã nghiên cứu, cần được kiểm toán và gia cố trước khi đưa vào sử dụng thực tế. Ông nói thêm rằng công ty đang nghiên cứu riêng các hệ thống ký hậu lượng tử đạt tiêu chuẩn sản xuất để phục vụ hoạt động lưu ký cho tổ chức.