Доктрина квантования: как SynergyX помещает квантово-доказательные сигнатуры в 512-байтовые блоки

Вот проблема, о которой никто в криптовалюте не хочет говорить.

Постквантовые сигнатуры громадный. SPHINCS+ — стандартизированная NIST схема подписи на основе хэша, которую SynergyX использовал с первого блока генезиса — создает подписи, измеряемые в килобайты, а не байты. Набор параметров для кораблей SynergyX, SPHINCS+-SHAKE-128, приземляется на 7856 байт — и это маленький один; Размер больших наборов NIST превышает 49 КБ. Falcon-512, альтернатива решетке, в хороший день занимает ~666 байт и требует гауссовского сэмплера, настолько хрупкого, что единственная утечка времени раскрывает закрытый ключ.

Размеры постквантовой сигнатуры NIST — SynergyX помещает SPHINCS+ в блоки по 512 байт.

Между тем, каждый архитектор старых блокчейнов по-прежнему считает, что «блок» измеряется в мегабайтах. Bitcoin: 1 МБ. Ethereum: переменная, но регулярно отправляет более 100 КБ для одного блока. Эти цепочки могут позволить себе быть толстыми, поскольку их подписи ECDSA составляют всего 64 байта — ошибка округления на современном SSD.

Квантовое сопротивление навсегда меняет это уравнение. Вы не можете просто прикрепить подписи размером 7856 байт — примерно в 109 раз больше подписи ECDSA — к существующей цепочке и назвать ее «обновленной». Один только множитель раздувания может нанести ущерб задержке распространения, затратам на хранение и пропускной способности проверки. Каждый узел в сети задохнется.

Блоки SynergyX 512 байт.

Не 512 килобайт. Не 512 со звездочкой. Пятьсот двенадцать байт — размер одного сектора диска — с квантовостойкими криптографическими гарантиями, подкрепленными NIST FIPS 205.

В этой статье объясняется, как это сделать.

Параллель с искусственным интеллектом: как мозг объемом 100 ГБ помещается в вашем кармане

Прежде чем мы углубимся в криптографию, рассмотрим другое инженерное чудо, которое уже происходит с вашим телефоном.

Большие языковые модели — GPT, Llama, Mistral — обучаются с 32-битной точностью с плавающей запятой. Каждый вес, каждая активация, каждый параметр сохраняются в виде 32-битного числа с плавающей запятой. Модель с 70 миллиардами параметров в FP32 весит примерно 280 ГБ. Для его запуска вам понадобится кластер графических процессоров A100.

Никто не запускает FP32 на своем ноутбуке. Они бегут квантованный модели.

Квантование преобразует эти 32-битные числа с плавающей запятой в 8-битные целые числа — иногда 4-битные, иногда 2-битные. Модель на 280 ГБ становится 35 ГБ при INT8. У INT4 это под 18 ГБ. При агрессивном 2-битном квантовании с групповой точностью вы можете втиснуть модель 70B в 10 ГБ и запустить ее на игровом ноутбуке.

Думайте об этом как о переходе от топографической карты, на которой показан каждый камешек и травинка, к атласу дорог, на котором показаны шоссе и основные достопримечательности. Вы потеряете камешки. Вы держите маршрут. Вы по-прежнему доберетесь туда, куда направляетесь, но карта поместится у вас в кармане, а не в багажнике.

Идея обманчиво проста: большая часть точности никогда не требовалась. Нейронной сети не важно, равен ли вес 0,728461923 или 0,73. Ошибка округления исчезает в совокупности миллиардов параметров. Модель «знает» то же самое. Он просто сохраняет эти знания более эффективно.

SynergyX применяет именно эту философию к постквантовой криптографии.

Квантование сигнатуры: сжатие точек решетки с потерями

Именно здесь параллель становится структурной, а не просто метафорической.

Схемы PQC на основе решеток — Falcon, Dilithium — создают сигнатуры, которые представляют собой координаты в огромной математической сетке. Думайте об этом как о GPS, но в сотнях измерений. Безопасность обусловлена ​​тем, что найти правильную точку в этой сетке сложно с вычислительной точки зрения — проблема обучения с ошибками (LWE). Ни один квантовый алгоритм не сможет эффективно его взломать.

Чтобы подписать сообщение, вы находите координату сетки, «достаточно близкую» к цели, полученной из хеша сообщения. Ближе = точнее = больше подписи. Falcon-512 достигает своих компактных сигнатур размером ~666 байт, находя координаты. очень сильно близко к цели с помощью хрупкого гауссовского сэмплера — прецизионного инструмента, настолько чувствительного, что единственная утечка времени раскрывает закрытый ключ.

Квантование сигнатуры использует другой подход. Вместо того, чтобы требовать от подписавшего хирургической точности, он позволяет подписавшемуся найти хороший точка решетки, а затем сжать координаты с использованием методов с потерями.

Компромисс в точности отражает квантование ИИ. В ИИ вы допускаете небольшое снижение точности. При квантовании сигнатуры вы принимаете более высокий процент отказов при подписании. CPU подписывающего лица, возможно, придется сделать две, три, пять попыток, прежде чем найдет сжатую подпись, которая будет проверяться. Но валидатор — каждый узел в сети — имеет значительно меньшую подпись для проверки и хранения.

Пользователь ждет еще несколько миллисекунд. Сеть экономит килобайты на каждую транзакцию, превращая миллионы блоков в терабайты экономии хранилища в течение всего срока службы цепочки.

Критически: математическая жесткость LWE совершенно не затрагивается. Вы не облегчаете решение решётки. Вы не уменьшаете параметр безопасности. Вы храните то же доказательство in меньше битов. Криптографическая стойкость сохраняется на полном уровне безопасности NIST. Что меняется, так это кодировка, а не математика.

Микроблоки без состояния: сжатие архитектуры

Квантование подписи обрабатывает криптографический уровень. Но размещение всего в 512 байт требует второй, более радикальной оптимизации: переопределения того, что на самом деле содержит «блок».

В традиционных блокчейнах блок — это контейнер. Он содержит заголовок блока, полный список транзакций и каждую подпись, необходимую для проверки этих транзакций. Bitcoin упаковывает все это в свой блок размером 1 МБ, как чемодан, собираемый в месячную поездку — все включено, ничего внешнего.

Этот дизайн имел смысл в 2009 году. Он не имеет смысла в постквантовом мире, где одна подпись может быть больше, чем весь заголовок блока Bitcoin.

SynergyX использует микроблоки без гражданства — архитектура, которая отделяет то, что должно быть в цепочке, от того, что может быть проверено и зафиксировано в виде криптографической сводки.

Думайте об этом как о нотариально заверенном документе, а не о картотеке. Нотариальная печать на документе — несколько байт — является доказательством того, что нотариус проверил все, что есть в картотеке. Вы не несете картотеку в суд. Вы несете печать. Если кто-то оспаривает это, шкаф можно изготовить.

The государственный корень является стержнем. Это одиночный 64-байтовый квантово-устойчивый хэш (SHA3-512), который представляет абсолютное конечное состояние каждого баланса кошелька, каждой позиции по ставкам, каждого контракта условного депонирования во всей сети. Если хотя бы один сатоши окажется неправильным, хэш изменится. Это криптографический отпечаток всего реестра, сжатый в 64 байта, который любой узел может сверить со своим собственным вычисленным состоянием.

The доказательство действительности подтверждает, что переход состояния от предыдущего блока к текущему блоку был рассчитан правильно на основе законно подписанных транзакций. Именно здесь становятся актуальными такие методы, как zk-STARK — доказательства с нулевым разглашением, которые сами по себе являются постквантовыми (основанными на хеш-функциях, а не на эллиптических кривых) и могут подтвердить правильность произвольных вычислений, не раскрывая лежащие в их основе данные.

Фактические многокилобайтные подписи SPHINCS+ проверены. один раз производителем блока во время раунда консенсуса. Валидаторы ставок Synergy Sea независимо подтверждают действительность транзакций со скоростью менее секунды. Как только консенсус достигнут, необработанные данные подписи передаются на архивный уровень, а внутрисетевой блок хранит только компактную криптографическую сводку.

Результат: скелет размером 512 байт, который несет в себе всю тяжесть квантово-устойчивой безопасности без всей мощи квантово-устойчивых подписей.

Сравнительная таблица: две доктрины квантования

Почему устаревшие сети не могут этого сделать

Bitcoin не может использовать эту архитектуру. Ни Ethereum, ни Monero, ни любая другая цепочка не могут быть построены на предположении, что подписи находятся внутри блоков. Это не обновление программного обеспечения — это философская несовместимость.

Вся их модель консенсуса предполагает, что каждый узел обрабатывает каждую подпись в каждом блоке. Замена этого на архитектуру обязательств без сохранения состояния означает переписывание консенсуса, хранилища, P2P и мемпула — одновременно, без разветвления цепочки в небытие.

И даже если им удалось осуществить миграцию, старые адреса ECDSA остаются квантово-уязвимыми в течение любого окна обновления. Злоумышленникам не нужно ломать новую схему. Они просто ломают адреса, которые еще не мигрировали. Сама миграция становится поверхностью атаки.

У SynergyX нет проблем с миграцией, потому что «раньше» никогда не было. Ни устаревшего формата, ни обратной совместимости, ни окна перехода, которое нужно защищать. Квантовое сопротивление — это фундамент, а не обновление.

Сунь Цзы: «Тот, кто благоразумен и подстерегает врага, которого нет, победит».

Брандмауэр против загрязнения сети

Устаревшие блокчейны превратились в «хранилища всего» — забитые раздутыми метаданными NFT, произвольными надписями и эго-путями майнеров, которые каждый узел вынужден хранить вечно. Когда сеть становится ящиком для мусора для цифрового шума, «децентрализация» становится мифом, который могут себе позволить только центры обработки данных.

SynergyX рассматривает пространство блоков как высокопроизводительный ресурс, а не хранилище. Ограничение в 512 байт действует как естественный криптографический брандмауэр:

Введя обязательную строгую дисциплину микроблоков, мы гарантируем, что «Трагедия общин» никогда не достигнет корней нашего штата. Мы не просто сделали блоки маленькими, чтобы было умнее; мы сделали их маленькими, чтобы они остались неизменяемый мусор.

Принцип бензобака

Каждый байт занимает свое место. Никаких декоративных метаданных, никаких подробных форматов транзакций и устаревших заголовков совместимости. Жесткие ограничения требуют элегантного проектирования, а 512-байтовая дисциплина означает, что блоки SynergyX распространяются в одном UDP-пакете. Узлы проверяют блок быстрее, чем требуется для чтения этого предложения.

Raspberry Pi может запускать полный узел SynergyX. Через десять лет это все еще возможно. Это децентрализация — не сеть, в которой только центры обработки данных проверяют цепочку, а сеть, в которой компьютер стоимостью 50 долларов участвует в качестве полноправного узла.

Квантовый контрольно-пропускной пункт

SynergyX использует SPHINCS+-SHAKE-128s (NIST FIPS 205, уровень 1, подписи размером 7856 байт) для всех подписей и Kyber-768 (NIST FIPS 203, уровень 3) для инкапсуляции ключей и генерации адреса — начиная с первичного блока 1. Нет устаревшего ECDSA. Никакого «плана квантовой миграции». Ничего to мигрировать.

Квантование сигнатуры и микроблоки без сохранения состояния сжимают способы доказательства хранится, а не то, как они созданный. Каждая подпись использует полные параметры безопасности. Сжатие происходит после проверки представления, а не доказательства.

Когда алгоритм Shor достигает масштаба, он одновременно уничтожает каждый ключ ECDSA в каждом устаревшем блокчейне. 64-байтовые подписи Bitcoin не спасут — они осудят. Маленькие подписи ничего не значат, если лежащая в их основе математика нарушена.

512-байтовые блоки SynergyX по-прежнему сохранятся. Не потому, что блоки маленькие. Потому что криптография верно.

Подтвердите нас

Мы не просим вас доверять этому. Мы просим вас убедиться в этом.

• Стандарт SPHINCS+: NIST FIPS 205 — читайте спецификацию сами
• Стандарт Kyber-768: NIST FIPS 203 — 8+ лет экспертной оценки, сотни криптографов
• Твердость LWE: Ни один известный квантовый или классический алгоритм не решает Module-LWE за субэкспоненциальное время.
• Основа безопасности SPHINCS+: Устойчивость к коллизиям хеш-функций — неуязвима для алгоритма Shor.
• Технический документ SynergyX: Полная техническая спецификация
• Кошелек разработчика: Доступен для публичного просмотра в каждой адресной книге кошелька и в обозревателе блоков — нечастный по выбору

Математика общедоступна. Стандарты федеральные. Источник открывается при первом халвинге. Если мы ошибаемся, докажите это. В этом разница между проектом, в котором говорится «доверьтесь нам», и проектом, в котором говорится: «Доверьтесь нам». «проверь нас».