Crypto : Ethereum explore une migration post-quantique de son système de staking

Des spécialistes d’Ethereum émettent la proposition de reconstituer le contrat qui donne la possibilité aux validateurs de déposer leur ETH. Leur intention est d’autoriser de nouveaux systèmes cryptographiques afin de renoncer aux signatures BLS employées actuellement. Près de 42,4 millions d’ETH, valorisés à près de 104 milliards de dollars, dépendent de ce format. Le projet demeure néanmoins un document de travail. Il n’opère le choix d’aucun algorithme post-quantique et n’assure pas encore la protection du réseau contre une quelconque attaque.

Le contrat de dépôt actuel bloque toute migration rapide

Ce 24 août, trois chercheurs ont procédé à la soumission d’un projet de contrat de dépôt dédié aux validateurs Ethereum. En effet, Kevaundray Wedderburn, Tom Wambsgans et Thomas Coratger désirent apprêter le staking à l’adoption future de signatures robustes aux ordinateurs quantiques.

Il convient d’indiquer que le contrat de dépôt est le point d’entrée du staking. L’investisseur y verrouille ses ETH avant que son validateur puisse rallier le réseau, procéder aux vérifications des transactions et participer au consensus. Cette procédure approuve actuellement des clés publiques de même que des signatures BLS dont la taille est déterminée au préalable.

La clé publique BLS dont se sert Ethereum occupe 48 octets, alors que la taille d’une signature est de 96 octets. Cette configuration propose un avantage capital. De diverses signatures peuvent être réunies sans que leur taille augmente corrélativement au nombre de validateurs. Ainsi, Ethereum pourrait effectuer de façon efficace les votes utiles au fonctionnement de sa chaîne Beacon.

Cette dépendance peut toutefois devenir une chose contraignante lors d’une migration cryptographique future. Les systèmes post-quantiques se servent généralement des clés et des signatures massives. Dès lors, il sera compliqué au contrat actuel de les accepter sans modification, même si les chercheurs se mettaient d’accord aussitôt sur un algorithme de remplacement.

Cette difficulté touche une partie non négligeable de l’écosystème. Près de 42,4 millions d’ETH sont actuellement en staking, soit environ 104 milliards de dollars. Les capitaux ne font pas aujourd’hui l’objet d’une menace, cependant les validateurs qui assurent leur sécurité se servent d’une cryptographie qui deviendrait fragile sur le long terme.

Un identifiant permettrait de changer de système cryptographique

Le contrat déposé par les développeurs pourrait accepter des clés publiques, des signatures de même que des métadonnées de longueur variable. Ainsi, chaque dépôt contiendrait aussi un identifiant qui spécifierait le système cryptographique employé par le validateur. Le numéro zéro serait réservé au format BLS actuel en vue d’assurer la conformité au cours de la transition.

Les identifiants futurs seraient potentiellement compatibles avec des signatures post-quantiques ou à d’autres dispositifs encore en développement. Cette structure pourrait conférer à Ethereum une forme de flexibilité sur le plan cryptographique. La blockchain ajouterait une nouvelle architecture sans pour autant devoir reconstituer tout le contrat de dépôt.

Toutefois, il n’appartient pas au projet de choisir un algorithme post-quantique. Il conçoit uniquement l’infrastructure susceptible d’en héberger un. Une nouvelle modification de protocole sera nécessaire pour définir les règles de vérification, d’agrégation et de traitement des signatures nouvelles au niveau du consensus.

Les diverses données relatives au dépôt pourraient transiter également par les requêtes de la couche d’exécution. Introduit par l’EIP-7685, ce mécanisme assure la transmission de certaines opérations de cette couche d’exécution vers celle du consensus. Notons que Ethereum s’en sert déjà pour les dépôts, les retraits provoqués depuis la couche d’exécution et la consolidation des validateurs.

Le changement remplacerait l’architecture historique basée sur un arbre de Merkle. Il réunirait alors les futurs dépôts post-quantiques de la structure déjà adoptée pour de multiples opérations relatives au staking.

Ethereum pourrait fermer définitivement la porte aux dépôts BLS

Diverses pourraient suivre cette migration. Le contrat accepterait d’abord les dépôts BLS tout en incorporant de façon progressive de nouveaux formats de signatures. Les clients Ethereum, les validateurs et les opérateurs de staking bénéficieraient ainsi d’un délai pour l’adaptation des différents outils.

Une décision future du protocole contribuerait à la désactivation des nouveaux dépôts employant le système BLS. Ce mécanisme pourrait être irréversible dans la version actuelle du projet. Lorsque ce mode est activé, il n’est plus possible à un validateur de rejoindre Ethereum grâce à une clé qui relève de l’ancien format.

Les validateurs BLS déjà actifs ne pourraient faire immédiatement l’objet de suppression par cette fermeture. En effet, des règles supplémentaires seraient utiles pour encadrer la migration de leurs clés, leurs sorties ou le changement de leurs identifiants de retrait. Le document traite alors fondamentalement de la venue des futurs validateurs, pas de la migration complète des opérateurs présents.

Une telle proposition ne tient pas compte des portefeuilles des utilisateurs. Alors que les validateurs reposent sur BLS, les comptes Ethereum conventionnels se servent des signatures ECDSA. Les comptes, les engagements KZG employés pour les données et certains systèmes de preuves à divulgation nulle de connaissance exigent leurs solutions post-quantiques propres.

Le nouveau contrat ne peut être présenté comme une protection générale d’Ethereum à cause d’une distinction pareille. C’est une pièce d’une migration plus étendue qui affectera plusieurs couches du protocole et une grande partie de ses infrastructures.

La protection complète reste programmée autour de 2029

Une équipe exclusivement dédiée à la sécurité post-quantique a été mise sur pied en janvier dernier par la Fondation Ethereum. Son plan d’action officiel ambitionne de mettre en place progressivement les protections essentielles au cours de l’année 2029. Cette échéance demeure un objectif de planification, et non une date garantie.

Pour la modification des signatures BLS, les développeurs opèrent notamment sur leanXMSS. C’est un système qui s’appuie sur des fonctions de hachage considérées comme résistantes aux attaques quantiques. Toutefois, les signatures sont bien plus volumineuses que celles employées actuellement, ce qui pose un problème de bande passante et de traitement.

Cette augmentation doit être compensée par le projet LeanVM. Ce type de machine virtuelle spécialisée pourrait regrouper les signatures post-quantiques grâce à des preuves cryptographiques. L’EIP-8292 fait la proposition de confier notamment cette tâche à des agrégateurs qui possèdent du matériel nécessaire, sans imposer cette charge individuellement à tous les validateurs.

L’infrastructure conçoit elle-même des arbitrages nouveaux. Les preuves seront donc produites dans un délai très court par les agrégateurs. Ces derniers disposeront d’une puissance de calcul supérieure à celle d’un staker individuel. Les chercheurs seront donc appelés à empêcher qu’une telle fonction ne consolide la centralisation du réseau.

La menace immédiate n’est pas encore le risque quantique. Ainsi, la documentation officielle d’Ethereum prévoit qu’aucun ordinateur quantique actuel ne peut casser les systèmes cryptographiques du réseau. Les utilisateurs et les validateurs n’ont aucune opération urgente à exécuter.

Le projet doit désormais obtenir l’accord des éditeurs, faire l’objet d’une discussion technique, recevoir un numéro officiel et passer les contrôles du dépôt des EIP. Des implémentations chez les clients, des audits, des tests sur des réseaux expérimentaux et une sélection pour un futur hard fork seront ensuite nécessaires. Tant que ces étapes ne sont pas franchies, le nouveau contrat reste une première préparation, pas une protection déjà active.