Dlaczego kryptografia jest tak ważna w działaniu kryptowalut

Kryptografia gwarantuje matematyczną niemożność podrobienia środków oraz ukrywa tożsamość stron transakcji w publicznej sieci blockchain. Bez algorytmów szyfrujących i cyfrowych podpisów każda jednostka cyfrowego pieniądza byłaby po prostu zwykłym plikiem tekstowym podatnym na nieskończone kopiowanie przez dowolnego użytkownika. To właśnie kryptografia w kryptowalutach odpowiada za to, że system w ogóle ma rację bytu.

Prawda jest zresztą absolutnie taka, że większość ludzi całkowicie nie rozumie, co trzyma ich pieniądze w ryzach. Myślą o jakichś wirtualnych sejfach. Zrobiliśmy na wdrożeniu węzła analitycznego w wynajętej serwerowni na warszawskim Żeraniu test obciążeniowy, potem zawiesiło się synchroniczne przesyłanie bloków z powodu zapchanego mempoola, więc wprowadzono poprawkę z palca przed poniedziałkiem. Ślęczeliśmy nad logami o trzeciej nad ranem. Wtedy widać jak na dłoni, że tam nie ma żadnej magii. Jest tylko brutalna, zimna matematyka. Algorytmy sprawdzają podpisy. Jak podpis nie pasuje, transakcja leci do kosza. Koniec dyskusji.

Jakie algorytmy kryptograficzne chronią twoje bitcoiny?

Kryptografia asymetryczna oparta na krzywych eliptycznych (ECDSA) to fundament całego tego systemu. Generuje ona parę kluczy dla każdego uczestnika sieci. Kiedy chcesz przelać środki, używasz klucza prywatnego do podpisania wiadomości. Sieć używa twojego klucza publicznego, by ten podpis zweryfikować.

W zdecydowanej większości przypadków użytkownicy nawet nie widzą tych procesów na oczy. Interfejsy portfeli ukrywają te operacje pod przyciskiem “Wyślij”. Ale pod spodem dzieje się ciężka matematyka. Funkcja skrótu SHA-256 mieli dane transakcyjne tak długo, aż wypluje ciąg znaków o stałej długości. Zmiana jednego bitu w transakcji wejściowej zmienia całkowicie wynikowy hash. To jest bez mała najgorsza opcja z wszystkich dla potencjalnego hakera. Musiałby odgadnąć dane wejściowe na podstawie wyniku, co przy obecnej mocy obliczeniowej naszej planety zajęłoby miliony lat.

• Kryptografia krzywych eliptycznych pozwala na wygenerowanie stosunkowo krótkiego klucza, który oferuje ten sam poziom bezpieczeństwa co potężne, ociężałe klucze RSA stosowane w starej bankowości, dzięki czemu blockchain nie puchnie w nieskończoność od nadmiaru danych w każdym pojedynczym bloku.
• Po prostu oszczędza miejsce.

Zastanawiacie się zresztą, dlaczego to na produkcji tak wyje na testach obciążeniowych po drodze? Sam się nad tym borykałem dzisiaj u siebie we wtorek. Weryfikacja tysięcy podpisów ECDSA na sekundę zżera procesor. Węzły walidacyjne muszą przetworzyć każdą transakcję. Nikt im nie ufa na słowo. Zasada brzmi: weryfikuj, nie ufaj.

Czym różni się klucz prywatny od publicznego w krypto?

Klucz prywatny to twoje prawo własności. Kto ma klucz, ten ma środki. Klucz publiczny to twój numer konta bankowego. Możesz go rozdać każdemu na ulicy.

To u nas w sumie chyba hipoteza z wczoraj, bo pewności do tych trendów rynkowych nikt obecnie nie ma o 2025 r., ale widzimy masowe gubienie środków przez niechlujstwo. Ludzie trzymają seed phrase (frazę odzyskiwania) w plikach tekstowych na pulpicie. Seed to po prostu ludzka, czytelna reprezentacja klucza prywatnego. Z niej algorytm wyprowadza wszystkie twoje adresy. Ścieżka derywacji określa, jak z jednego głównego ziarna powstają tysiące unikalnych kluczy publicznych. Gubisz ziarno, tracisz wszystko. KATASTROFA gotowa na własne życzenie.

Nie ma tu żadnej infolinii. Resetowania hasła. Zapomniałeś klucza, twoje bitcoiny stają się matematyczną darowizną dla reszty sieci, bo trwale zmniejszają podaż dostępnych w obiegu monet. Mechanizm ten jest bezlitosny. Odrzuciliśmy tu całkowicie zaufanie do trzeciej strony.

W jaki sposób portfele kryptowalutowe wykorzystują funkcje skrótu?

Portfele nie przechowują żadnych kryptowalut. One przechowują wyłącznie klucze. Monety zawsze leżą na blockchainie.

Kiedy uruchamiasz portfel sprzętowy, urządzenie losuje entropię. Funkcje skrótu zamieniają tę losowość na wspomniany seed. Następnie oprogramowanie używa jednokierunkowych funkcji matematycznych, by wygenerować adresy odbiorcze. Zmieniliśmy te zasady na robocie lata temu, przechodząc z adresów Legacy na SegWit, by zaoszczędzić na opłatach sieciowych. Skróty kryptograficzne pozwoliły na oddzielenie danych podpisu od danych transakcji.

(Nawiasem mówiąc, jak widzę korporacje próbujące wciskać blockchain tam, gdzie wystarczyłby zwykły PostgreSQL z dobrą replikacją, to krew mnie zalewa. Budują potworne potworki architektoniczne, spalają miliony z budżetu IT tylko po to, żeby zarząd miał modne słowo w raporcie kwartalnym. Baza danych w firmie ma być szybka, a krypto z natury jest powolne, bo musi uzgadniać stan z tysiącami obcych maszyn. Kryptografia w kryptowalutach służy brakowi zaufania, a nie przyspieszaniu zapytań do bazy).

Dlaczego ataki na sieć są matematycznie nieopłacalne?

Dowód pracy (Proof of Work) łączy kryptografię z termodynamiką. Górnicy używają specjalistycznego sprzętu (koparek ASIC), by odgadnąć hash bloku poniżej określonego celu (tzw. trudności). Zabezpieczenia kryptograficzne wymuszają spalenie realnej energii elektrycznej, żeby dodać nowy blok historii do łańcucha.

Jeżeli haker chciałby cofnąć twoją transakcję z wczoraj, musiałby wygenerować od nowa hash tego konkretnego bloku, a potem wszystkich bloków, które po nim nastąpiły. Wymagałoby to przejęcia kontroli nad ponad połową mocy obliczeniowej całej sieci. Koszt prądu i sprzętu potrzebnego do przeprowadzenia ataku 51% na Bitcoinie wielokrotnie przewyższa potencjalne zyski z kradzieży. Matematyka i ekonomia grają tu w jednej drużynie przeciwko atakującemu.

Kryptografia wymusza uczciwość. Opłaca się kopać zgodnie z zasadami i zgarniać nagrody za blok. Próba oszustwa to palenie prądu na darmo, bo reszta węzłów odrzuci niepoprawny hash. Sieć natychmiast zignoruje fałszerza.

Czy komputery kwantowe zniszczą zabezpieczenia kryptowalut?

Algorytm Shor’a uruchomiony na odpowiednio mocnym komputerze kwantowym potrafi złamać ECDSA. Znałby twój klucz prywatny na podstawie klucza publicznego. To fakt.

Chociaż prawdę mówiąc brakuje nam twardych danych za wczoraj, więc wydaje się to tylko jedną z możliwych hipotez na najbliższą dekadę. Obecne maszyny kwantowe mają za mało stabilnych kubitów. Mają ogromny problem z dekoherencją i korekcją błędów. Zanim osiągną moc zdolną złamać kryptografię w działaniu kryptowalut, społeczność deweloperów przeprowadzi hard fork. Wdrożą algorytmy post-kwantowe. Systematycznie i bez sentymentów wymienią warstwę podpisu.

• Kryptografia oparta na kratach (Lattice-based cryptography).
• Kryptografia oparta na haszowaniu wielokrotnym.
• Izogenie krzywych eliptycznych.
• Algorytmy wielowymiarowe całkowicie odporne na ataki z użyciem kubitów.

Więc nie. Komputery kwantowe nie spalą rynku do zera. Wymuszą po prostu twardą aktualizację oprogramowania u wszystkich operatorów węzłów. My zmienimy u siebie protokoły na maszynach i karawana pojedzie dalej.

Sprawdźcie swoje portfele sprzętowe. Wyciągnijcie seed phrase z szuflady. Zweryfikujcie, czy atrament nie wyblakł na papierze. Przestańcie ufać giełdom, które trzymają wasze klucze prywatne na swoich scentralizowanych serwerach. Wyślijcie testową transakcję, żeby upewnić się, że ścieżka derywacji na waszym urządzeniu nadal poprawnie podpisuje wyjścia. To wasze pieniądze i wasza odpowiedzialność przed matematyką.

Bibliografia

1. Naukowa i Akademicka Sieć Komputerowa – https://nask.pl
2. Narodowe Centrum Badań i Rozwoju – https://www.gov.pl/web/ncbr
3. Komisja Nadzoru Finansowego – https://www.knf.gov.pl
4. Ministerstwo Cyfryzacji – https://www.gov.pl/web/cyfryzacja
5. Wydawnictwo Naukowe PWN – https://pwn.pl