Thế lưỡng nan lượng tử của Bitcoin: Mở rộng khối hay áp dụng bằng chứng STARK?

Tác giả: Andrew Fenton; Nguồn: Cointelegraph; Biên dịch: Shaw, Golden Finance

Đồng sáng lập StarkWare, Eli Ben-Sasson, cho biết ZK-STARK là giải pháp tối ưu cho các vấn đề phát sinh từ việc triển khai bảo mật hậu lượng tử cho Bitcoin, đồng thời thúc đẩy Bitcoin hướng tới áp dụng đại trà.

Ngoài ra, ông cho biết người sáng lập Blockstream, Adam Back, cũng đồng ý với quan điểm này.

Tuần này, Eli Ben-Sasson đã lên tin tức vì một đề xuất gây tranh cãi trên nền tảng X, đề xuất tăng tỷ lệ lạm phát hàng năm của Bitcoin lên 4%. Phân tích của Grok về các bình luận cho thấy không ai ủng hộ rõ ràng đề xuất này.

Nhưng với tư cách là đồng sáng tạo của STARK (hệ thống bằng chứng không kiến thức dựa trên hash, an toàn lượng tử), lập luận của ông trên con đường kỹ thuật này vững chắc hơn nhiều, và một số nhà nghiên cứu hàng đầu về Bitcoin cũng đồng ý với hướng đi này.

Dự án StarkNet do Eli Ben-Sasson dẫn đầu đã công bố lộ trình giai đoạn ba vào tuần trước, nhằm mục tiêu chống lượng tử cho mạng lưới của mình.

Bitcoin đối mặt với vấn đề kích thước chữ ký hậu lượng tử lớn

Đơn giản là đưa bằng chứng không kiến thức vào Bitcoin không thể trực tiếp làm cho blockchain có khả năng chống lượng tử. Việc giới thiệu bằng chứng ZK là để giải quyết các vấn đề phát sinh sau khi Bitcoin triển khai các lược đồ chữ ký hậu lượng tử (PQ) có kích thước lớn hơn nhiều.

Các chữ ký hậu lượng tử hiện được Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (NIST) lựa chọn có kích thước dữ liệu lớn gấp 10 đến 100 lần so với các lược đồ chữ ký ECDSA, Schnorr hiện tại của Bitcoin.

Có quan điểm cho rằng nếu triển khai trực tiếp các chữ ký này, thông lượng mạng Bitcoin có thể giảm xuống dưới 1 giao dịch mỗi giây. Nhưng tất cả các chữ ký giao dịch cồng kềnh trong một khối có thể được nén thành một bằng chứng ZK-STARK rất nhỏ. Vì bằng chứng này thậm chí còn nhỏ hơn tổng kích thước chữ ký hiện tại, tốc độ chạy của blockchain cuối cùng có thể được cải thiện.

Eli Ben-Sasson chỉ ra: "Nếu không sử dụng phương pháp tổng hợp chữ ký ZK-STARK, đó chắc chắn là một bước đi tồi, vì nó không giải quyết được vấn đề cốt lõi – liệu người dân bình thường có thể sử dụng Bitcoin một cách suôn sẻ hay không."

"Để đạt được mục tiêu, mạng lưới phải có khả năng mở rộng rất cao. Để đạt được điều này, các công nghệ như tổng hợp chữ ký là không thể thiếu, chỉ mở rộng dung lượng khối là không đủ."

Một con đường khác trong kỷ nguyên lượng tử: Mở rộng kích thước khối Bitcoin

Người viết cho PostQuantum.com và người sáng lập Applied Quantum, Marin Ivezic, nói với Cointelegraph rằng giải pháp SegWit của Bitcoin có thể giảm tới 75% mức chiếm dụng do chữ ký lớn. Nhưng ông đã thực hiện mô hình tính toán cho thuật toán ML-DSA-44 của NIST: kích thước chữ ký đơn lẻ của giải pháp này lên tới 2.420 byte, dung lượng giao dịch trong khối sẽ giảm từ 2.500–3.000 giao dịch hiện tại xuống còn khoảng 500–700 giao dịch, từ đó làm nảy sinh cuộc tranh luận về kích thước khối.

Mở rộng dung lượng khối Bitcoin thực sự là một phương án thay thế khả thi, nhưng cộng đồng đã từng có sự chia rẽ nghiêm trọng về đề xuất tăng gấp đôi dung lượng khối vào năm 2017. Nhiều lý do phản đối thời đó vẫn còn giá trị đến ngày nay: mở rộng khối là một giải pháp thô, yêu cầu tất cả các nút phải truyền tải, lưu trữ và xác minh một lượng dữ liệu lớn hơn nhiều. Chi phí chạy nút và ngưỡng phần cứng tăng lên, những người chỉ trích cho rằng điều này sẽ đẩy mạng lưới hướng tới tập trung hóa.

Blockstream Research đã nghiên cứu trong nhiều tháng gần đây về cách nén các lược đồ chữ ký hậu lượng tử dựa trên hash phù hợp với Bitcoin, và đã đưa ra các thuật toán chữ ký SHRINCS và SHRIMPS đầy hứa hẹn. Trong các tình huống thông thường, kích thước chữ ký của chúng lớn gấp khoảng 5 lần so với chữ ký hiện tại của Bitcoin; nhưng nếu người dùng mất ví và cần khôi phục tài khoản, kích thước chữ ký có thể phình to gấp 40 lần so với chữ ký ban đầu.

Mặc dù SHRINCS đã được sử dụng để ký các giao dịch thực tế trên sidechain Liquid, công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, với những thiếu sót về độ phức tạp triển khai và trải nghiệm sử dụng. Trừ khi mở rộng dung lượng khối đồng thời, các chữ ký có kích thước tăng vọt vẫn sẽ làm chậm toàn bộ blockchain.

Nói về mở rộng khối, Marin Ivezic nhận xét: "Tăng thông lượng mạng lưới một cách tự nhiên, về mặt kỹ thuật là đơn giản nhất, nhưng lại là giải pháp khó thực hiện nhất về mặt quản trị. Chúng ta không còn đủ thời gian để tranh luận lặp đi lặp lại những vấn đề như vậy."

Tổng hợp bằng chứng ZK có nhiều lợi thế

So với giải pháp mở rộng khối, tổng hợp bằng chứng ZK cũng có thể tăng khả năng chịu tải của mạng lưới, đồng thời cải thiện hiệu quả hoạt động của Bitcoin trong khi duy trì tính phi tập trung, đây là một lựa chọn tốt hơn.

Nói một cách đơn giản nhất, bằng chứng không kiến thức (ZK) là một phương pháp xác minh toán học: có thể chứng minh một sự thật mà không cần tiết lộ tất cả chi tiết. Ví dụ, với sự trợ giúp của bằng chứng ZK, bạn có thể chứng minh mình biết mật khẩu két sắt mà không cần tiết lộ mật khẩu cho đối phương.

Về mặt lý thuyết, một khối chỉ cần tạo một bằng chứng ZK (vì lý do dự phòng, tạo thêm vài bản sẽ an toàn hơn); và chi phí chạy phần cứng liên quan thấp hơn nhiều so với thiết bị khai thác thương mại.

Chi phí thiết bị tạo bằng chứng của Lean Ethereum (Ethereum gọn nhẹ) dự kiến dưới 100 nghìn USD, có thể triển khai trong môi trường gia đình thông thường. Trong khi việc xác minh một bằng chứng ZK hầu như không bị giới hạn phần cứng, có thể thực hiện trên các thiết bị nhỏ như Raspberry Pi.

Eli Ben-Sasson cho biết các nhà phát triển Bitcoin đầu tiên như Greg Maxwell, Mike Hearn rất lạc quan về ZK-STARK. Công nghệ này có tính bảo mật chống lượng tử và không yêu cầu thiết lập tin cậy. Ông tin rằng nhà phát triển cốt lõi của Bitcoin, Luke Dashjr, và người sáng lập Blockstream, Adam Back, cũng dần chấp nhận con đường kỹ thuật này.

"Tôi đã nghe quan điểm của họ. Họ lạc quan về các giải pháp dựa trên ZK-STARK. Tôi tin rằng cả hai đều đã đưa ra những đánh giá tích cực, dù riêng tư hay công khai. Adam Back và Luke Dashjr có quan điểm khác nhau về nhiều vấn đề, nhưng về việc này, họ nên có sự đồng thuận: đó là một công nghệ tốt, miễn là điều kiện phù hợp, hoàn toàn có cơ hội triển khai trên Bitcoin."

Cointelegraph đã liên hệ với Adam Back để xin bình luận nhưng chưa nhận được phản hồi.

Nhà nghiên cứu Ethereum, Justin Drake, đã lên tiếng công khai mong muốn Bitcoin áp dụng công nghệ tổng hợp bằng chứng ZK của Lean Ethereum, thúc đẩy giải pháp này trở thành tiêu chuẩn chung của toàn ngành. Tuy nhiên, do sự khác biệt trong quản trị cộng đồng, tầm nhìn này có thể khó trở thành hiện thực.

Mục tiêu của Ethereum là đạt được tính toán hậu lượng tử vào năm 2029. Nguồn: Ethereum Foundation

Các đề xuất liên quan đến bằng chứng không kiến thức cho Bitcoin

Xem xét tốc độ phát triển bảo thủ của cộng đồng Bitcoin, con đường khả thi nhất về mặt quản trị để giới thiệu công nghệ không kiến thức vào mạng Bitcoin rất có thể là kích hoạt lại OP_CAT – một opcode chỉ gồm 9 dòng mã do Satoshi Nakamoto viết.

Eli Ben-Sasson cho biết: "Satoshi Nakamoto ban đầu đã thêm OP_CAT, sau đó lại loại bỏ nó. Một khi khôi phục opcode này, các nhà phát triển có thể thực hiện các chức năng liên quan đến bằng chứng STARK, tổng hợp chữ ký và bảo mật hậu lượng tử."

"Tôi nghĩ đây là giải pháp tốt nhất và an toàn nhất, có thể thúc đẩy lại con đường phát triển kỹ thuật mà Satoshi Nakamoto đã khởi xướng và mong muốn tiếp tục."

Mặc dù thị trường đã từng có một làn sóng thảo luận về OP_CAT từ 12 đến 24 tháng trước, nhưng động lực gần đây đã giảm rõ rệt (mặc dù hướng đi quản trị của cộng đồng Bitcoin luôn khó dự đoán).

Trong ngành còn tồn tại một số đề xuất có tầm nhìn xa hơn, chẳng hạn như OP_STARK_VERIFY, đề xuất thêm một opcode chuyên dụng mới để Bitcoin có thể xác minh bằng chứng STARK hiệu quả hơn. Ngoài ra, đồng tác giả của BIP-360, Ethan Heilman, đã đề xuất giải pháp BitZip, nhằm tổng hợp nhiều nhóm chữ ký và khóa công khai của Bitcoin thành một bằng chứng STARK duy nhất.

Heilman nói với Cointelegraph hồi đầu năm nay rằng có hai con đường kỹ thuật chính để đạt được hiệu quả mong muốn: "Giải pháp thứ nhất, thêm một loạt opcode đa năng vào Bitcoin, xây dựng kiến trúc giống ZK Rollup dựa trên đó; hoặc hỗ trợ STARK nguyên bản tại lớp đồng thuận Bitcoin. Ngoài ra, các giải pháp tổng hợp có hiệu suất tương đối hạn chế như CISA (Cross-Input Signature Aggregation) cũng có thể đóng vai trò nhất định."

Khả năng thực hiện con đường này lớn đến đâu?

Marin Ivezic cho rằng trở ngại không phải là khả năng kỹ thuật, mà là vấn đề quản trị cộng đồng Bitcoin.

Ông nói: "Bản thân giải pháp mật mã mà Eli Ben-Sasson đề xuất là hoàn hảo: hoàn toàn dựa trên giả định hash, không cần thiết lập tin cậy, có thể nén hàng nghìn chữ ký thành một bằng chứng ngắn. Khó khăn đều nằm ở các khâu phụ trợ bên ngoài giải pháp mật mã này."

"Script Bitcoin hiện tại chưa có khả năng xác minh bằng chứng STARK. So với một opcode chữ ký hash đơn giản và gọn nhẹ, một chương trình xác minh STARK sẵn sàng cho sản xuất sẽ mở rộng đáng kể bề mặt tấn công của lớp đồng thuận. Ngay cả một opcode đơn giản như OP_CAT cũng đã tranh luận trong nhiều năm, việc trang bị trình xác minh STARK nguyên bản ở lớp nền, thực tế có thể phải đến thập niên 2030 mới có thể đưa vào chương trình nghị sự."

Trong khi đó, Ethereum có kế hoạch hoàn thành nâng cấp hậu lượng tử vào năm 2029, Solana cũng đang thử nghiệm tích hợp chữ ký hậu lượng tử. Lộ trình chống lượng tử giai đoạn ba của StarkNet có thể tận dụng lợi thế của trừu tượng hóa tài khoản: khi nâng cấp hệ thống mật mã cơ bản, không cần mỗi người dùng phải tự tay di chuyển tài sản sang tài khoản mới.

Eli Ben-Sasson nhận xét rằng con đường nâng cấp hậu lượng tử của Solana và Ethereum sẽ "cực kỳ khó khăn".

"StarkNet có một lợi thế cốt lõi: mạng lưới hỗ trợ nguyên bản trừu tượng hóa tài khoản và ví thông minh. Điều này có nghĩa là các cơ chế liên quan không bị cố định trong giao thức cơ bản, chúng ta có thể dễ dàng nâng cấp ví và cơ sở hạ tầng để đạt được khả năng chống lượng tử."