LayerZero Labs представила Aerie — дослідницьку систему, яка, за словами її розробників, здатна агрегувати 32 768 квантово-стійких підписів Falcon за 0,65 секунди на ноутбуці Apple без прискорення GPU.
Резюме
- 32 768 підписів Falcon-512 було агреговано за 0,65 секунди з використанням 16 робочих потоків.
- Стандартний агрегат Aerie включає збережені дані підписів, тоді як менша версія зі спільною сіллю потребує додаткових умов.
- Дослідники повідомляють про швидше генерування доказів, ніж у leanVM, тоді як докази leanVM перевірялися швидше.
- NIST зазначає Falcon як такий, що проходить стандартизацію, окремо від свого затвердженого стандарту підпису ML-DSA.
Оголошення LayerZero від 16 жовтня announcement визначає дослідників з власної команди, a16z crypto research, Університету Карнегі-Меллон та Імперського коледжу Лондона як учасників проєкту, який базується на криптографічній системі доказів Akita.
Супровідна стаття представляє спосіб об'єднання тисяч цифрових підписів в один доказ їхньої дійсності. Її автори окреслюють роботу навколо проблеми, з якою стикаються блокчейни з доведенням частки володіння, де валідатори підписують повідомлення, що підтверджують стан мережі, а інші учасники повинні перевіряти ці підписи.
Згідно зі статтею, Ethereum наразі використовує підписи BLS для об'єднання приблизно 32 000 голосів валідаторів у невеликий підпис. BLS не витримує квантових атак, тоді як постквантові альтернативи, обрані американськими органами стандартизації, не мають такої ж вбудованої здатності до агрегації.
Aerie скорочує генерацію доказів до менш ніж однієї секунди
У тестах на Apple M4 Max команда обробила партію Falcon-512 за допомогою 16 робочих потоків і досягла пікового використання пам'яті 2,1 ГіБ. Друге навантаження, що складалося з 16 384 підписів Falcon-1024, зайняло 0,63 секунди з подібними вимогами до пам'яті.
Дослідники описують Falcon-1024 як варіант з вищою безпекою, з більшими підписами та більшими обчисленнями, ніж Falcon-512. Їхня стаття повідомляє, що створення доказу для будь-якого навантаження займало приблизно 4,3 секунди, якщо обмежитися одним потоком.
Перевірка завершеного агрегату Falcon-512 зайняла 54 мілісекунди на одному ядрі, згідно з таблицею тестів, порівняно з 519 мілісекундами для перевірки підписів окремо. З 16 потоками відповідні показники становили 11,6 мілісекунди та 42,9 мілісекунди.
Стаття описує побудову партії прямо.
«Один доказ охоплює всю партію, без рекурсії».
За словами авторів, уникнення рекурсії усуває потребу створювати проміжні докази та об'єднувати їх через послідовні раунди. Їхній дизайн дозволяє іншому вузлу, що володіє підписами, створити заміну доказу, якщо початковий агрегатор вийде з ладу.
Менші докази все ще містять дані підписів
Aerie зберігає коротке випадкове значення, відоме як сіль, з кожного підпису, щоб верифікатор міг безпосередньо обчислити пов'язані хеші, пояснюють дослідники. Доказ виконує решту математичних перевірок, використовуючи Akita для підтримки конструкції.
Для навантаження Falcon-512 з 32 768 підписами стаття повідомляє про агрегат розміром 1 346 КіБ, включаючи солі та заголовки. Його компонент доказу становить приблизно 66 КіБ, тоді як збережені солі складають більшість решти даних.
Автори оцінюють стандартний агрегат у 42,1 байта на підпис, що приблизно в 16 разів менше, ніж доповнені підписи Falcon, які він замінює. Їхні вимірювання розміру виключають публічні ключі та повідомлення, що надаються верифікатору окремо.
Спільна сіль могла б зменшити повний агрегат до приблизно 66 КіБ, згідно зі статтею, але ця оцінка залежить від окремої політики підпису та припущень щодо безпеки. Дослідники чітко заявляють, що оцінка розміру не встановлює відповідності цій політиці.
Порівняно з Orthus, попередньою системою агрегації Falcon, команда повідомляє про в 1,5 раза швидшу генерацію доказів, у 38 разів швидшу перевірку та докази в 1,7 раза менші на тому ж сервері. Стаття уточнює це порівняння, пояснюючи, що навантаження Orthus не включає перевірки формату підпису, які виконує Aerie.
Порівняння Ethereum включає різні дизайни підписів
У статті порівнюється Aerie з leanVM, частиною роботи Ethereum з хеш-агрегації. Як раніше повідомляло crypto.news, дослідники Ethereum розробляли інфраструктуру доказів для стиснення великих постквантових підписів для використання в мережі.
У розділі 6.3 автори Aerie повідомляють про запуск leanVM на тому ж M4 Max та агрегацію 900 підписів XMSS за 0,51 секунди з використанням усіх ядер. Їхнє порівняння показує, що пропускна здатність доведення Falcon-512 у Aerie у 29 разів перевищує пропускну здатність XMSS у leanVM за цих умов.
Дослідники повідомляють про компроміс щодо верифікації. Докази LeanVM верифікувалися за 5,9–6,5 мілісекунди в одному потоці в зазначених конфігураціях, що швидше за результат Aerie у 54 мілісекунди в одному потоці для пакета з 32 768 підписів.
Окрема робота Ethereum стосується того, як валідатори могли б прийняти нові підписи. Серпневий проєкт пропонував депозитний контракт, готовий до постквантової ери, з криптографічними даними змінної довжини та механізмом для виведення нових депозитів BLS.
Запис пропозиції на GitHub залишається чернеткою. Її опис визначає незворотний режим виведення BLS, тоді як записи обговорення показують технічні відгуки, що залишилися, та вимоги до перегляду.
У своєму документі про пріоритети від 7 вересня Протокольний кластер Фонду Ethereum встановив цільовий показник квантової стійкості на грудень 2029 року, що охоплює виконання, консенсус і дані. Фонд назвав квантову загрозу, що настане у 2030 році, навмисно агресивним планувальним припущенням, і очікується, що зовнішні експерти допоможуть переоцінити прогрес, починаючи з січня 2027 року.
Стандарти США відрізняють Falcon від остаточно затверджених альтернатив
Національний інститут стандартів і технологій перелічує ML-DSA та SLH-DSA серед стандартів цифрового підпису, остаточно затверджених у серпні 2024 року. Його поточний огляд програми визначає Falcon як вибраний для поточної стандартизації, що є окремим статусом від тих завершених стандартів.
NIST рекомендує організаціям почати міграцію вразливих систем і визначає 2035 рік як кінцеву точку для вилучення квантово-вразливих алгоритмів зі своїх стандартів, причому системи високого ризику переходять раніше.
LayerZero заявляє, що агрегація ML-DSA працює всередині Aerie, але точні показники продуктивності та деталі реалізації залишаються невизначеними в її анонсі.
