Ini adalah Bagian 2 dari seri blog yang menjelajahi kelayakan implementasi skema tanda tangan pasca-kuantum untuk Ethereum. Di Bagian 1, kami memperkenalkan tantangan-tantangan mendasar dan pertimbangan yang terlibat dalam memindahkan Ethereum ke masa depan tahan kuantum. Dalam bagian ini, kita akan lebih mendalami Falcon, sebuah algoritma tanda tangan pasca-kuantum yang menjanjikan, memeriksa kelebihan, kelemahan, dan hambatan praktis dari mengintegrasikannya ke dalam kerangka transaksi Ethereum.

Skema Tanda Tangan Falcon - Gambaran Teknis

Falcon 3 (Tanda Tangan Kompak Berbasis Lattice Fast-Fourier di atas NTRU) dibangun di atas kerangka tanda tangan berbasis lattice dari Gentry, Peikert, dan Vaikuntanathan (GPV 2). Ini menerapkan kerangka kerja ini ke kisi-kisi NTRU dan menggunakan sampler pintu jebakan "pengambilan sampel Fourier cepat". Skema ini bergantung pada masalah Short Integer Solution (SIS) NTRU 3lattice, yang dianggap sulit diselesaikan secara komputasional dalam kasus umum, bahkan dengan komputer kuantum, karena tidak ada algoritma pemecahan efisien yang saat ini diketahui.

Komponen Inti

Falcon didasarkan pada paradigma hash-dan-tanda tangan dan merupakan evolusi dari skema tanda tangan RSA tradisional. Namun, alih-alih mengandalkan masalah teori bilangan, Falcon memanfaatkan kesulitan dalam masalah berbasis kisi. Keamanan Falcon didasarkan pada kesulitan menemukan vektor pendek dalam kisi NTRU, memanfaatkan teknik sampling Gaussian untuk menghasilkan dasar perangkap dengan norma yang lebih rendah. Hal ini memastikan generasi kunci dan penandatanganan yang efisien.

1. Generasi Kunci:
   • Diberikan cincin polinomial NTRU (Z[X]/(Xn+1)), kunci privat terdiri dari dua polinomial pendek (f,g) yang memenuhi persamaan NTRU.
   • Kunci publik diperoleh sebagai (h=g/f) dalam cincin (Zq[X]/(Xn+1)).
2. Proses Penandatanganan:
   • Sebuah pesan dihash menjadi vektor tantangan dalam domain lattice.
   • Solusi singkat diambil menggunakan sampling Fourier cepat, memastikan ukuran tanda tangan yang kompak sambil menjaga keamanan terhadap serangan reduksi lattice.
   • Tanda tangan terdiri dari vektor kisi pendek yang memenuhi tantangan.
3. Verifikasi:
   • Verifikator memeriksa apakah tanda tangan memenuhi hubungan kunci publik pada lingkaran jaringan kisi.
   • Verifikasi melibatkan penghitungan norma dan memastikan validitas dasar lattice dalam aritmetika modular.

Falcon dirancang untuk menyediakan solusi tanda tangan pos-kuantum yang tangguh, menggabungkan kriptografi berbasis lattice dengan teknik sampling yang efisien. Meskipun manfaat keamanannya jelas, seperti sistem kriptografi lainnya, ini menyajikan beberapa trade-off dalam hal kompleksitas dan tantangan implementasi. Sekarang, mari kita bahas sorotan, risiko potensial, dan beberapa aspek yang lebih menantang dari Falcon.

Kebaikan

Selain manfaat yang terkenal yang disorot oleh NIST, seperti Tanda Tangan Kompak, Operasi Cepat (generasi kunci efisien dan verifikasi melalui teknik FFT), dan Bukti Keamanan (mengandalkan reduksi matriks dan asumsi kekerasan kasus terburuk). Falcon juga memberikan keunggulan khusus Ethereum. Terutama, memiliki waktu eksekusi terburuk yang terdefinisi dengan baik, menjadikannya sangat berguna untuk Mesin Virtual Ethereum (EVM), di mana kinerja dan waktu eksekusi yang dapat diprediksi penting untuk skalabilitas dan keandalan.

The Bad

Ketergantungan Falcon pada aritmatika titik mengambang dan transformasi khusus teori bilangan (NTT/FFT) dapat menyebabkan kompleksitas implementasi dan sensitivitas terhadap kerentanan saluran samping selama penandatanganan. Namun, ini BUKAN kekhawatiran yang signifikan untuk Ethereum, karena penandatanganan terjadi di luar jaringan, di mana kinerja kurang kritis. Fokus utamanya adalah mengoptimalkan proses verifikasi, yang terjadi di dalam jaringan, untuk memastikan eksekusi yang efisien dan aman.

The Gnarly

Telah dilakukan penelitian yang berkelanjutan tentang cara efisien menggabungkan tanda tangan Falcon, seperti yang dipresentasikan dalam ini kertas 7. Dengan asumsi agregasi akan cukup efisien, menggunakan Falcon di lapisan konsensus untuk menggantikan tanda tangan BLS (bukan proposal alternatif 4berdasarkan Tanda Tangan Multi-Berbasis Hash) akan membantu mempertahankan tumpukan yang lebih homogen di seluruh jaringan Ethereum.

Kesimpulan

Falcon adalah kandidat kuat untuk aplikasi kriptografi pascakuantum, termasuk sistem blockchain seperti Ethereum, di mana ukuran tanda tangan dan efisiensi verifikasi sangat penting. Pada Bagian 3 dari seri ini, kita akan mulai mengimplementasikan pendekatan hibrida yang diperkenalkan di Bagian 1, awalnya berfokus pada Abstraksi Akun dan kontrak Solidity untuk verifikasi Falcon, menjembatani kesenjangan antara keamanan pasca-kuantum dan infrastruktur Ethereum saat ini.

Disclaimer:

1. Artikel ini diambil dari [ ethresear]. Semua hak cipta milik penulis asli [asanso]. Jika ada keberatan terhadap cetakan ulang ini, silakan hubungi Gate Belajartim, dan mereka akan menanganinya segera.
2. Penolakan Tanggung Jawab: Pandangan dan opini yang terdapat dalam artikel ini semata-mata merupakan milik penulis dan tidak merupakan saran investasi.
3. Terjemahan artikel ke dalam bahasa lain dilakukan oleh tim Belajar gate. Kecuali disebutkan, menyalin, mendistribusikan, atau menjiplak artikel yang diterjemahkan dilarang.