Ethereum avança rumo a novas assinaturas criptográficas para validadores

Especialistas em Ethereum propõem reconstruir o contrato que permite aos validadores depositar seus ETH. A intenção é autorizar novos sistemas criptográficos para renunciar às assinaturas BLS atualmente usadas. Quase 42,4 milhões de ETH, avaliados em cerca de 104 bilhões de dólares, dependem desse formato. O projeto continua um documento de trabalho. Não escolhe nenhum algoritmo pós-quântico e ainda não garante a proteção da rede contra qualquer ataque.

O contrato de depósito atual bloqueia qualquer migração rápida

Em 24 de agosto, três pesquisadores apresentaram um projeto de contrato de depósito dedicado aos validadores Ethereum. De fato, Kevaundray Wedderburn, Tom Wambsgans e Thomas Coratger desejam preparar o staking para a futura adoção de assinaturas resistentes a computadores quânticos.

Convém informar que o contrato de depósito é o ponto de entrada do staking. O investidor bloqueia ali seus ETH antes que seu validador possa se juntar à rede, verificar as transações e participar do consenso. Esse procedimento atualmente aprova chaves públicas assim como assinaturas BLS cuja dimensão é previamente determinada.

A chave pública BLS usada pelo Ethereum ocupa 48 bytes, enquanto a dimensão de uma assinatura é de 96 bytes. Essa configuração oferece uma vantagem crucial. Diversas assinaturas podem ser combinadas sem que seu tamanho aumente proporcionalmente ao número de validadores. Assim, Ethereum pode realizar de forma eficiente as votações essenciais para o funcionamento de sua cadeia Beacon.

Essa dependência, no entanto, pode se tornar uma limitação durante uma futura migração criptográfica. Os sistemas pós-quânticos geralmente usam chaves e assinaturas volumosas. Portanto, será complicado para o contrato atual aceitá-las sem modificação, mesmo que os pesquisadores concordem imediatamente sobre um algoritmo substituto.

Essa dificuldade afeta uma parte significativa do ecossistema. Quase 42,4 milhões de ETH estão atualmente em staking, o que equivale a cerca de 104 bilhões de dólares. O capital não está em risco hoje, mas os validadores que garantem sua segurança usam uma criptografia que se tornaria frágil a longo prazo.

Um identificador permitiria mudar de sistema criptográfico

O contrato proposto pelos desenvolvedores poderia aceitar chaves públicas, assinaturas e metadados de comprimento variável. Assim, cada depósito conteria também um identificador que especificaria o sistema criptográfico usado pelo validador. O número zero seria reservado para o formato BLS atual para garantir a conformidade durante a transição.

Os identificadores futuros seriam potencialmente compatíveis com assinaturas pós-quânticas ou outros dispositivos ainda em desenvolvimento. Essa estrutura poderia conferir ao Ethereum uma forma de flexibilidade no âmbito criptográfico. A blockchain adicionaria uma nova arquitetura sem precisar reconstruir todo o contrato de depósito.

No entanto, não é função do projeto escolher um algoritmo pós-quântico. Ele apenas concebe a infraestrutura que pode hospedar um. Uma nova modificação do protocolo será necessária para definir as regras de verificação, agregação e processamento das novas assinaturas no nível do consenso.

Os diversos dados relativos ao depósito também poderiam transitar pelas requisições da camada de execução. Introduzido pela EIP-7685, esse mecanismo garante a transmissão de certas operações dessa camada para a camada de consenso. Vale notar que Ethereum já o utiliza para depósitos, retiradas provocadas da camada de execução e consolidação dos validadores.

A mudança substituiria a arquitetura histórica baseada em uma árvore de Merkle. Ela reuniria então os futuros depósitos pós-quânticos da estrutura já adotada para múltiplas operações relativas ao staking.

Ethereum poderia fechar definitivamente a porta para os depósitos BLS

Diversos passos podem seguir essa migração. O contrato aceitaria inicialmente os depósitos BLS enquanto progressivamente incorpora novos formatos de assinatura. Os clientes Ethereum, validadores e operadores de staking teriam assim um tempo para adaptar as diversas ferramentas.

Uma decisão futura do protocolo contribuiria para a desativação dos novos depósitos que usam o sistema BLS. Esse mecanismo poderia ser irreversível na versão atual do projeto. Quando ativado, um validador não poderia mais ingressar no Ethereum com uma chave do formato anterior.

Os validadores BLS já ativos não poderiam ser imediatamente eliminados por esse bloqueio. De fato, regras adicionais seriam necessárias para regular a migração de suas chaves, suas saídas ou a mudança de seus identificadores de retirada. O documento trata fundamentalmente dos futuros validadores, não da migração completa dos operadores existentes.

Essa proposta não considera as carteiras dos usuários. Enquanto os validadores se baseiam em BLS, as contas convencionais do Ethereum usam assinaturas ECDSA. As contas, os compromissos KZG usados para dados e alguns sistemas de provas de conhecimento zero exigem suas próprias soluções pós-quânticas.

O novo contrato não pode ser apresentado como uma proteção geral do Ethereum devido a tal distinção. É uma peça de uma migração mais ampla que afetará várias camadas do protocolo e grande parte de sua infraestrutura.

A proteção completa ainda está programada para cerca de 2029

Uma equipe dedicada exclusivamente à segurança pós-quântica foi criada em janeiro passado pela Fundação Ethereum. Seu plano de ação oficial ambiciona implementar gradualmente as proteções essenciais ao longo do ano de 2029. Esse prazo continua sendo uma meta de planejamento, não uma data garantida.

Para modificar as assinaturas BLS, os desenvolvedores trabalham especialmente no leanXMSS. É um sistema que se baseia em funções de hash consideradas resistentes a ataques quânticos. Contudo, as assinaturas são muito mais volumosas do que as atualmente empregadas, o que traz problemas de largura de banda e processamento.

Esse aumento deve ser compensado pelo projeto LeanVM. Esse tipo de máquina virtual especializada poderia agrupar as assinaturas pós-quânticas graças a provas criptográficas. A EIP-8292 propõe confiar essa tarefa especialmente a agregadores que possuem o hardware necessário, sem impor esse ônus individualmente a todos os validadores.

A infraestrutura concebe novos critérios próprios. As provas serão produzidas muito rapidamente pelos agregadores. Estes terão uma capacidade de computação superior à de um staker individual. Os pesquisadores serão, portanto, chamados a impedir que essa função consolide a centralização da rede.

A ameaça imediata não é o risco quântico. Assim, a documentação oficial do Ethereum prevê que nenhum computador quântico atual pode quebrar os sistemas criptográficos da rede. Usuários e validadores não têm nenhuma operação urgente a realizar.

O projeto agora precisa obter a aprovação dos editores, ser objeto de discussão técnica, receber um número oficial e passar pelas verificações do depósito das EIPs. Implementações nos clientes, auditorias, testes em redes experimentais e uma seleção para um futuro hard fork serão depois necessários. Enquanto essas etapas não forem superadas, o novo contrato permanece uma preparação inicial, não uma proteção ativa.