Систематизация знаний по используемой криптографии в блокчейне. Обзор используемых криптографических понятий в блокчейне. Постквантовая криптография.

Недавно (20 июня 2019 года) на Cryptology ePrint Archive была опубликована статья "SoK of Used Cryptography in Blockchain". Данный пост - двадцать седьмой в запланированной серии, содержащей любительский перевод этой статьи.

 

Систематизация знаний по используемой криптографии в блокчейне

(перевод с английского

статьи

Mayank Raikwar, Danilo Gligoroski and Katina Kralevska

SoK of Used Cryptography in Blockchain

Cryptology ePrint Archive, Report 2019/735

https://eprint.iacr.org/2019/735)

 

Аннотация

(перевод аннотации здесь)

1 Введение (перевод введения здесь)

1.1 Наш вклад (перевод здесь)

2 Методология исследования (перевод здесь)

3 Основные понятия блокчейна

3.1 Криптографическая хэш-функция (перевод здесь)

3.2 Механизмы консенсуса (перевод здесь)

3.3 Сетевая инфраструктура (перевод здесь)

3.4 Типы блокчейна (перевод здесь)

4 Проблемы в блокчейн

4.1 Безопасность и приватность (перевод здесь)

4.2 Проблемы масштабируемости (перевод здесь)

4.3 Форкинг (перевод здесь)

4.4 Производительность (перевод здесь)

4.5 Энергопотребление (перевод здесь)

4.6 Инфраструктурные зависимости (перевод здесь)

5. Обзор используемых криптографических понятий в блокчейне

5.1 Схема подписи (перевод здесь)

5.2 Доказательства с нулевым разглашением (перевод здесь)

5.3 Контроль доступа (перевод здесь)

5.4 Схема шифрования (перевод здесь)

5.5 Безопасные многосторонние вычисления (перевод здесь)

5.6 Разделение секрета (перевод здесь)

5.7 Схема обязательств (перевод здесь)

5.8 Аккумулятор (перевод здесь)

5.9 Забывчивая передача (перевод здесь)

5.10 Забывчивая оперативная память (перевод здесь)

5.11 Доказательство возможности восстановления (POR) (перевод здесь)

5.12 Постквантовая криптография

Недавние достижения в области квантовых вычислений представляют серьезную угрозу для классической криптографии, поскольку большая часть широко используемой криптографии основана на сложности некоторых задач, которые можно эффективно решить с помощью квантовых компьютеров. Таким образом, исследования в области постквантовой криптографии [161] совершили огромный скачок. Воздействие на безопасность взлома криптографии с открытым ключом с помощью квантовых компьютеров будет огромным. Криптография на эллиптических кривых (ECC), которая представляет собой подход к криптографии с открытым ключом, в основном используется в приложениях блокчейна. Используя вариант алгоритма Шора [162], квантовый компьютер может легко подделать подпись эллиптической кривой, которая лежит в основе безопасности каждой транзакции в блокчейне, и поэтому нарушение ECC повлияет на блокчейн с точки зрения взломанных ключей, следовательно, цифровых подписей.

Исследования в этой области находятся на подъеме для создания постквантово-устойчивых цифровых подписей (BPQS) [163], которые представляют собой подпись на основе хеша и используют схемы одноразовой подписи (OTS) в качестве строительного блока. OTS не зависит от какой-либо сложной теоретико-числовой задачи и требует только надежной криптографической хеш-функции, следовательно, она неуязвима для алгоритма Шора. BPQS имеет такие преимущества, как более короткие подписи, более быстрое создание ключей и настраиваемое свойство. Постквантовая криптография также используется для разработки постквантового блокчейна [109] с использованием цепочек одноразовых подписей или для создания безопасной криптовалюты на основе постквантового блокчейна [110].

Что касается решений с квантовым доказательством, исследования в настоящее время сосредоточены на криптографии на основе решеток [164], многомерной криптографии [165], криптографии на основе хэшей [161] и криптографии на основе кода [166]. Большинство разработанных примитивов в этих областях предлагают либо подписи, либо открытые ключи, которые на несколько порядков больше, чем используемые в настоящее время, и это действительно сложная исследовательская задача, которую мы формулируем следующим образом:

Исследовательская проблема 11. Создать новый механизм блокчейна, который имеет сравнительно эффективные адреса открытого ключа и сравнительно небольшие цифровые подписи, чем используемые в настоящее время, но основанный на постквантовых криптографических схемах.