En bref

  • Buterin a identifié quatre composants d'Ethereum qui reposent sur des systèmes cryptographiques vulnérables aux attaques quantiques.
  • Le plan prévoit de remplacer BLS, KZG et ECDSA par des systèmes basés sur le hachage, les réseaux ou les STARK.
  • L’agrégation récursive vise à réduire les coûts élevés en gas associés aux signatures et preuves résistantes aux attaques quantiques.

Le cofondateur d'Ethereum, Vitalik Buterin, a appelé jeudi à une refonte en profondeur des fondations cryptographiques du réseau. Il a averti que les progrès de l’informatique quantique pourraient compromettre des parties clés du protocole, tout en présentant un plan en plusieurs étapes pour les remplacer.

Dans une publication sur X, Buterin a identifié quatre domaines vulnérables : les signatures BLS de la couche de consensus, les outils de disponibilité des données appelés engagements KZG, le schéma de signature ECDSA utilisé par les comptes utilisateurs standards, et les systèmes de preuve à connaissance nulle utilisés par les applications et les réseaux de couche 2.

Chacun pourrait être traité étape par étape, a-t-il déclaré, avec des solutions dédiées à chaque couche du protocole. « Une chose importante en amont est le choix de la fonction de hachage », a écrit Buterin. « Il pourrait s'agir de ‘la dernière fonction de hachage d’Ethereum’, il est donc important de bien la choisir. »

Cette publication intervient alors que la Fondation Ethereum a fait de la sécurité post-quantique une priorité absolue.

Les ordinateurs quantiques menacent Ethereum, Bitcoin et l’ensemble de l’industrie crypto, car ils pourraient à terme casser la cryptographie à clé publique qui sécurise les portefeuilles et signe les transactions, permettant ainsi aux attaquants de déduire les clés privées à partir des clés publiques exposées et de déplacer les fonds.

Pour affronter ce problème de front, la Fondation Ethereum a lancé en janvier une équipe dédiée à la sécurité post-quantique et a publié plus tôt ce mois-ci un plan de mise à niveau en sept étapes, baptisé le “Strawmap”, qui intégrerait des signatures résistantes aux attaques quantiques et une cryptographie compatible STARK dans le design du consensus du réseau jusqu’en 2029.

Au niveau de la couche de consensus, Buterin a proposé de remplacer les signatures BLS — les preuves cryptographiques que les validateurs utilisent pour approuver les blocs — par des alternatives basées sur le hachage, que les chercheurs considèrent comme plus résistantes aux attaques quantiques. Il a également suggéré d'utiliser des STARK, un type de preuve à connaissance nulle, pour compresser de nombreuses signatures de validateurs en une seule attestation.

Concernant la disponibilité des données, Buterin a indiqué qu'il y aurait des compromis. Ethereum repose sur les engagements KZG pour vérifier que les données des blocs sont correctement structurées et disponibles. Les STARK pourraient remplir la même fonction, mais ils manquent d’une propriété mathématique appelée linéarité qui permet l'échantillonnage de disponibilité des données en deux dimensions.

« Cela fonctionne, mais la logistique devient plus complexe si l’on veut prendre en charge la sélection distribuée de blobs », a écrit Buterin.

Les comptes utilisateurs et les systèmes de preuve font face à une forte augmentation des coûts sous la cryptographie résistante aux attaques quantiques. Vérifier une signature ECDSA aujourd’hui coûte environ 3 000 gas, alors qu'une signature résistante aux attaques quantiques basée sur le hachage coûterait environ 200 000 gas.

La différence est encore plus importante pour les preuves : une ZK-SNARK coûte entre 300 000 et 500 000 gas à vérifier, contre environ 10 millions de gas pour un STARK résistant aux attaques quantiques — un coût trop élevé pour la plupart des applications axées sur la confidentialité et les solutions de couche 2.

« La solution réside à nouveau dans l’agrégation récursive des signatures et des preuves au niveau du protocole », a déclaré Buterin, en faisant référence à la proposition d’amélioration d’Ethereum 8141.

Selon l’EIP-8141, chaque transaction inclurait un “cadre de validation” qui pourrait être remplacé par un STARK vérifiant son exécution correcte. Tous les cadres de validation d’un bloc pourraient alors être agrégés en une seule preuve, maintenant ainsi une empreinte minimale sur la blockchain même si la taille individuelle des signatures augmente.

Buterin a indiqué que l’étape de preuve pourrait avoir lieu au niveau du mempool plutôt que lors de la production du bloc, les nœuds propageant des transactions valides toutes les 500 millisecondes avec une preuve de validité.

« C’est gérable, mais il reste encore beaucoup de travail d’ingénierie à accomplir », a-t-il déclaré.