Η ερευνητική δημοσίευση που μπορεί να αλλάξει τα θεμέλια όλης της κρυπτογραφίας του Blockchain

Η κρυπτογραφία βρίσκεται στην καρδιά πολλών πρωτοκόλλων blockchain. Από το παραδοσιακό

Proof-of-Work (PoW)

έως τις σύγχρονες L2 προσεγγίσεις, όπως τα

ZK-rollups

, πολλές προηγμένες μέθοδοι κρυπτογράφησης παρέχουν τη βάση των blockchain. Κατά συνέπεια, υπάρχει μια δημοφιλής ερώτηση σχετικά με την δύναμη της ασφαλείας οποιασδήποτε αρχιτεκτονικής blockchain.

Αφελώς, υποθέτουμε ότι οι κρυπτογραφικές εφαρμογές του blockchain που έχουν επιβιώσει από πολύπλοκες επιθέσεις είναι εγγενώς ασφαλείς, αλλά αυτό απέχει πολύ από το να είναι μια σίγουρη απόδειξη. Υπάρχει καλύτερος τρόπος για να επαληθεύσετε το πόσο ασφαλείς είναι οι αλγόριθμοι; Οι απαντήσεις φαίνεται να βρίσκονται σε μια νέα ερευνητική δημοσίευση που μόλις κέρδισε τον «

Καλύτερο Διαγωνισμό Έρευνας για την Κυβερνοασφάλεια

» της Εθνικής Υπηρεσίας Ασφάλειας (NSA) προκαλώντας πολύ θόρυβο στην ερευνητική κοινότητα της κρυπτογραφίας.

Με τίτλο «

On One-way Functions and Kolmogorov Complexity

» η ερευνητική αυτή δημοσίευση δίνει μια απάντηση σε ένα από τα προβλήματα της εκατονταετίας στην κρυπτογραφία. Το υπό εξέταση πρόβλημα σχετίζεται με την ύπαρξη μιας μαθηματικής κατασκευής που ονομάζεται «μονόδρομες συναρτήσεις (one-way functions)» που μπορεί να αποδείξει εάν μια μέθοδος, όπως το zero knowledge proof σε ένα L2 blockchain, είναι κρυπτογραφικά ασφαλής.

Η ουσία της σύγχρονης κρυπτογραφίας βασίζεται στη δημιουργία κρυπτογραφημάτων στα δεδομένα με την ελπίδα ότι θα παραμείνουν ασφαλή. Ωστόσο, πώς μπορούμε να είμαστε σίγουροι ότι είναι όντως ασφαλή αυτά; Η θεωρητική απάντηση σε αυτό το ερώτημα ήρθε στη δεκαετία του 1970 όταν οι κρυπτογράφοι παρουσίασαν την ιδέα των

μονόδρομων συναρτήσεων που είναι μαθηματικές συναρτήσεις που είναι εύκολο να υπολογιστούν αλλά δύσκολο να αντιστραφούν.

Για να δείξετε πώς λειτουργούν οι μονόδρομες συναρτήσεις, σκεφτείτε εάν κάποιος σας ζητήσει να πολλαπλασιάσετε δύο μεγάλους πρώτους αριθμούς όπως 485144 και 999983. Φτάνοντας στον αριθμό 485,135,752,552 ως απάντηση μπορεί να χρειαστεί λίγη δουλειά, αλλά έχουμε μια μέθοδο για να το κάνουμε αυτό. Τώρα ας πάρουμε την αντίστροφη ερώτηση και ας ξεκινήσουμε με τον αριθμό και ας προσπαθήσουμε να προσδιορίσουμε τους πρώτους παράγοντες του. Αυτό είναι ένα μνημειωδώς πιο δύσκολο έργο.

Αυτή είναι η ουσία των μονόδρομων συναρτήσεων.

Η βάση των κρυπτογραφικών τεχνικών που χρησιμοποιούνται στα L1 και L2 blockchains βασίζεται στην ύπαρξη μονόδρομων συναρτήσεων. Εάν υπάρχει μια μονόδρομη συνάρτηση για ένα δεδομένο πρόβλημα, τότε είναι κρυπτογραφικά ασφαλής και, εάν όχι, είναι πιθανό να είναι ευάλωτη σε διαφορετικές επιθέσεις. Ωστόσο, μέχρι στιγμής ήταν σχεδόν αδύνατο να αποδειχθεί η ύπαρξη μονόδρομων συναρτήσεων. Στην έρευνα τους, ερευνητές από το

Πανεπιστήμιο

Cornell βρήκαν μια απάντηση που κάνει παραλληλισμούς με ένα αδιευκρίνιστο πεδίο της επιστήμης των υπολογιστών.

Kolmogorov Complexity (Πολυπλοκότητα Kolmogorov)

Η απάντηση που προτείνεται στην ερευνητική δημοσίευση ουσιαστικά δηλώνει ότι η ύπαρξη μονόδρομων συναρτήσεων σχετίζεται με ένα άλλο θεμελιώδες πρόβλημα της επιστήμης των υπολογιστών γνωστό ως

πολυπλοκότητα Kolmogorov (KC)

. Η θεωρία του KC σχετίζεται με την πολυπλοκότητα μιας σειράς αριθμών.

Εάν σας παρουσιάζονται δύο μεγάλοι αριθμοί 666666666666666666666 και 123948109102912, δεν μπορείτε να αποδείξετε ποιος είναι «πιο τυχαίος» από τον άλλο, αλλά διαισθητικά πιστεύετε ότι ο δεύτερος αριθμός είναι πιο περίπλοκος στη δημιουργία. Αυτή ήταν η ιδέα που χρησιμοποίησε ο Σοβιετικός μαθηματικός Andrey Kolmogorov για να ξεκινήσει μια νέα θεωρία στην υπολογιστική πολυπλοκότητα. Ουσιαστικά, η θεωρία του KC ορίζει την πολυπλοκότητα μιας σειράς αριθμών ως το μήκος του συντομότερου δυνατού προγράμματος που παράγει τη συμβολοσειρά αυτή ως έξοδο. Επιστρέφοντας στο παράδειγμά μας, το πρόγραμμα που απαιτείται για τη δημιουργία του δεύτερου αριθμού είναι ουσιαστικά πιο περίπλοκο από την απλή εκτύπωση μιας ακολουθίας 6αριών.

Η θεωρία KC είναι αρκετά πιο περίπλοκη, αλλά ελπίζουμε ότι καταλάβατε την βασική ιδέα. Για δεκαετίες, η θεωρία KC έχει γίνει το θεμέλιο πολλών τομέων της επιστήμης των υπολογιστών, αλλά δεν ήταν τόσο σχετική στην κρυπτογραφία. Αυτό ίσχυε μέχρι που η ερευνητική ομάδα του Cornell έδειξε ότι η ύπαρξη μονόδρομων συναρτήσεων σχετίζεται με το KC ενός δεδομένου προβλήματος. Με απλά λόγια, εάν ένα πρόβλημα είναι μια KC πολυπλοκότητα, τότε υπάρχει μια μονόδρομη συνάρτηση και, αν όχι, πιθανότατα δεν υπάρχει.

Αυτή η απλή δήλωση μπορεί να γίνει μια από τις πιο επαναστατικές

ανακαλύψεις

στη σύγχρονη κρυπτογραφία.

Τι σημαίνει αυτό για τον κόσμο του Blockchain;

Η δημοσίευση από το Cornell παρέχει έναν εμπειρικό τρόπο αξιολόγησης της ασφάλειας των τεχνικών κρυπτογράφησης που χρησιμοποιούνται στα L1 και L2 blockchains. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό αν ληφθούν υπόψη τα L2 που βασίζονται σε κρυπτογραφικές τεχνικές όπως τα “multi party computations” ή τα “zero knowledge proofs”. Ο προσδιορισμός του αν ένας αλγόριθμος είναι μια KC πολυπλοκότητα είναι θεμελιωδώς απλούστερος από τον προσδιορισμό της ύπαρξης μονόδρομων συναρτήσεων. Ομολογουμένως, αυτό το πρόβλημα επεκτείνεται πολύ πέρα από το

οικοσύστημα

του blockchain, αλλά, αν μιλάμε για την οικοδόμηση ενός νέου χρηματοπιστωτικού συστήματος, η ασφάλεια και η ποιότητα της κρυπτογραφίας είναι ένας θεμελιώδης λίθος.

Πηγή:

IntoTheBlock