Дифференциация уровня консенсуса в постквантовую эпоху: Ethereum сохраняет децентрализацию, Monad сохраняет скорость

Monad опережает постквантовую эпоху: отказывается от агрегации подписей и использует "числовые голоса" для достижения 100 миллисекунд на создание блока.

Автор: @r2Jamong

Перевод: AididiaoJP, Foresight News

27 октября разработчик Monad, компания Category Labs, представила Quantum Cadence — протокол консенсуса, устойчивый к квантовым вычислениям. Это квантово-устойчивая версия Cadence, которая сама по себе является многопредложенческой системой консенсуса, выпущенной Monad в июле этого года и до сих пор не запущенной в основной сети.

Протокол консенсуса, который еще не реализован, уже выпустил свою квантово-устойчивую версию. Скорее, это не просто выпуск продукта, а предварительное объявление Monad о том, как высокопроизводительная L1 собирается встретить постквантовую эпоху.

Стоит отметить, что выбор Monad практически полностью противоположен выбору Ethereum. Подход Ethereum заключается в том, чтобы преобразовать уязвимые для квантовых компьютеров схемы подписей в устойчивую к квантовым атакам форму; Monad же просто убирает пакет подписей из консенсуса. Обе цепочки работают в одной и той же среде выполнения — EVM, почему же их пути расходятся так кардинально?

Пакет подписей: слабое место высокопроизводительного консенсуса

В настоящее время большинство высокопроизводительных блокчейнов полагаются на механизм, называемый "квалифицированным сертификатом" (quorum certificate, QC). QC — это набор подписей, подтверждающий, что как минимум две трети валидаторов проголосовали за один и тот же блок, и валидаторы передают эти пакеты подписей друг другу. Подписи BLS делают это дешевым: сотни подписей могут быть агрегированы в один пакет размером 96 байт.

Проблема в том, что квантовые компьютеры могут сломать BLS.

А квантово-устойчивые подписи большие и не могут быть агрегированы. Способность BLS заключается в том, чтобы сжать сотни подписей валидаторов в один маленький пакет размером 96 байт, независимо от того, сколько людей голосует, передавая только этот маленький пакет. С квантово-устойчивыми подписями это не сработает: стандартизированная NIST ML-DSA-44 имеет размер подписи 2420 байт, и до сих пор не существует квантово-устойчивой подписи, которая могла бы агрегироваться так же, как BLS. Если не удается сжать в маленький пакет, один "квалифицированный сертификат" просто перечисляет сотни подписей, превращаясь в большой список размером в сотни КБ. Monad требует 100 миллисекунд на создание блока, и если каждый слот будет транслировать это, пропускная способность не выдержит.

Цель Cadence от Monad — интервал создания блока в 100 миллисекунд, и она позволяет нескольким предложителям одновременно отправлять блоки. Чтобы каждый валидатор мог транслировать такие сертификаты в каждом слоте, это не под силу.

Решение Monad: не подписывать, а считать голоса

Monad не дожидалась появления более компактного квантово-устойчивого агрегирования, а просто исключила тяжелые пакеты подписей из консенсуса. Каждый валидатор сам подсчитывает полученные голоса и самостоятельно решает, достигнуто ли необходимое количество. Безопасность и активность основываются на каналах аутентификации и хэшах, а не на подписях. Квантово-устойчивая подпись сохраняет только одну функцию: идентификацию злонамеренных валидаторов. Каждый валидатор может подписать не более двух голосов за каждый слот.

Статья, опубликованная 23 октября, провела симуляцию: 200 валидаторов, 1 Гбит/с связь, безотказный путь, 5000 байт подписи. В случае 100 предложителей объем трафика каждого валидатора снизился на 27%, с 772 Мбит/с до 561 Мбит/с. Время окончательного подтверждения составило 231 миллисекунду, оригинальная версия — 229 миллисекунд, почти без разницы.

Проблема Ethereum — децентрализация, проблема Monad — скорость

На начало октября в Ethereum было около 860000 активных валидаторов. Любой может присоединиться, и было бы нереально, чтобы такая разрозненная группа людей напрямую считала голоса друг друга. Поэтому Ethereum выбрал путь восстановления пакетов подписей: заменив BLS на основанный на хэшах leanXMSS, а затем используя SNARK для сжатия и агрегирования подписей, которые изначально не могли быть объединены. Генерация доказательства занимает время, но 12-секундный слот Ethereum оставляет место для поглощения этих затрат.

Monad, наоборот. Интервал слота в 100 миллисекунд не позволяет ждать агрегирования SNARK. А небольшая группа из 200 валидаторов делает возможным "каждому считать голоса всех". Столкнувшись с квантовой угрозой, Ethereum выбрал сохранить децентрализованный дизайн, в то время как Monad выбрал сохранить скорость.

Квантово-устойчивая подпись не является универсальным решением

NIST действительно стандартизировала алгоритмы подписей, устойчивые к квантовым вычислениям, но эти стандарты не могут быть просто перенесены на каждую сеть в каждой ситуации. На уровне консенсуса блокчейна замена на квантово-устойчивые подписи не решает всех проблем. Каждая сеть должна заранее подготовиться к своим проблемам, а не ждать, пока кто-то другой решит их.

Для Monad ключ к квантовой устойчивости не в алгоритме подписей, а в том, чтобы решить проблему на уровне структуры консенсуса — той самой структуры, основанной на обмене сертификатами. Другие блокчейн-сети сталкиваются с той же проблемой. EVM-совместимые цепочки, при миграции подписей аккаунтов, возможно, могут воспользоваться достижениями Ethereum; но уровень консенсуса — это их собственная работа, никто не сделает это за них.

Квантовые компьютеры, способные угрожать блокчейн-сетям, еще не существуют, и большинство прогнозов предполагает, что они появятся только в начале или середине 2030-х годов. Но времени остается не так много. Даже Ethereum ожидает, что переход только на L1 займет до 2029 года, а изменения в структуре консенсуса могут занять годы от исследования до запуска в основной сети. Возможно, именно поэтому Monad выпустила квантово-устойчивую версию Cadence еще до ее запуска в основной сети. Квантовая устойчивость — это то, что нельзя ждать, пока кто-то другой установит стандарты. Это задача, которую каждая сеть должна выполнить самостоятельно в своей архитектуре.