นักวิจัยกล่าวว่ามีวิธีทำให้บิตคอยน์ปลอดภัยจากควอนตัมโดยไม่ต้องทำการฟอร์ก

โดยสรุป

• ข้อเสนอใหม่ได้วางแนวทางในการสร้างธุรกรรมของ Bitcoin ที่ทนทานต่อควอนตัม โดยไม่ต้องเปลี่ยนโปรโตคอลเครือข่าย
• การออกแบบจะเปลี่ยนสมมติฐานบนเส้นโค้งวงรี (elliptic-curve) ไปเป็นปริศนาแบบอิงแฮช (hash-based puzzles) และลายเซ็น Lamport
• แนวทางนี้ย้ายภาระการคำนวณไปยังผู้สร้างธุรกรรม และนำเสนอเป็นทางแก้ชั่วคราวมากกว่าการแก้ไขถาวร

ธุรกรรมของ Bitcoin สามารถทำให้ทนทานต่อการโจมตีด้วยควอนตัมในอนาคตได้ โดยไม่ต้องเปลี่ยนโปรโตคอลหลักของเครือข่าย ตามข้อเสนอจากนักวิจัยของ StarkWare อย่าง Avihu Mordechai Levy ในเอกสารฉบับล่าสุด Levy อธิบายถึงโครงร่างธุรกรรมแบบ “Quantum-Safe Bitcoin” ที่ตั้งใจให้ยังคงปลอดภัย แม้คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะทำลายการเข้ารหัสแบบเส้นโค้งวงรี (elliptic-curve cryptography) ที่ใช้ในปัจจุบัน วิธีนี้ทำงานภายใต้กฎการสคริปต์ (scripting) ที่มีอยู่ของ Bitcoin และไม่จำเป็นต้องใช้ซอฟต์ฟอร์ก (soft fork) หรือการอัปเกรดเครือข่ายอื่นใด “เราเสนอ QSB ซึ่งเป็นโครงร่างธุรกรรม Quantum Safe Bitcoin ที่ไม่ต้องมีการเปลี่ยนแปลงใดๆ ต่อโปรโตคอลของ Bitcoin และยังคงปลอดภัย แม้จะมีอยู่ของอัลกอริทึมของ Shor” Levy เขียน

ข้อเสนอนี้แทนที่ลายเซ็นบนเส้นโค้งวงรีด้วยการเข้ารหัสแบบอิงแฮช (hash-based cryptography) และลายเซ็น Lamport ซึ่งเป็นระบบลายเซ็นยุคแรกที่ถูกพิจารณาว่าทนทานต่อการโจมตีจากควอนตัม “เนื่องจากลายเซ็น Lamport มีความปลอดภัยหลังยุคควอนตัม (post-quantum secure) และมันลงนามด้วยตัวระบุ (identifier) ที่แข็งแกร่งทางคณิตศาสตร์ (cryptographically strong) ของธุรกรรม จึงไม่สามารถแก้ไขธุรกรรมได้โดยไม่สร้างลายเซ็น Lamport ใหม่ ซึ่งผู้โจมตีไม่สามารถปลอมได้ แม้จะมีความสามารถในการคำนวณด้วยควอนตัม” Levy เขียน  หัวใจของการออกแบบคือปริศนาทางคริปโตกราฟีที่ต้องถูกแก้ก่อนที่จะออกอากาศ (broadcast) ธุรกรรม เอกสารประเมินว่าการหาคำตอบที่ถูกต้องจะต้องใช้ความพยายามประมาณ 70 ล้านล้าน (trillion) ครั้ง

ไม่เหมือนการขุดเหมืองของ Bitcoin (Bitcoin mining) การคำนวณจะเกิดขึ้นก่อนที่ธุรกรรมจะไปถึงเครือข่าย ผู้ใช้ทำงานนอกเชน (off-chain) และส่งธุรกรรมที่มีหลักฐานว่าปริศนาถูกแก้แล้วอยู่ภายในตัวธุรกรรม Levy ประเมินว่าปริศนานี้สามารถแก้ได้ด้วยฮาร์ดแวร์สำหรับใช้งานทั่วไป เช่น GPU โดยมีต้นทุนราวไม่กี่ร้อยดอลลาร์ต่อธุรกรรม ระบบนี้ถูกออกแบบมาให้ทำงานภายในข้อจำกัดของสคริปต์ของ Bitcoin คือ 201 opcodes และ 10,000 ไบต์ เอกสารระบุว่าขีดจำกัดเหล่านี้เข้มงวดมาก เพราะ opcodes ทุกตัวจะนับรวมในจำนวนทั้งหมด แม้ว่ามันจะปรากฏในสาขาสคริปต์ที่ไม่ได้ถูกใช้งานก็ตาม เพื่อให้พอดีกับข้อจำกัดดังกล่าว ระบบจะผสานลายเซ็น Lamportเข้ากับปริศนาแบบอิงแฮชในโครงสร้างธุรกรรมแบบหลายชั้น (layered transaction structure) นอกจากนี้ยังมีการแนะนำ “การตรึงธุรกรรม” (transaction pinning) ซึ่งกำหนดให้ผู้ใดก็ตามที่พยายามแก้ไขธุรกรรมต้องแก้ปริศนาซ้ำอีกครั้ง Levy อธิบายระบบนี้ว่าเป็นมาตรการ “ทางเลือกสุดท้าย” (last-resort) มากกว่าการแก้ไขที่ปรับขนาดได้ เอกสารกล่าวว่าทั้งต้นทุนการคำนวณนอกเชน (off-chain) และขนาดของธุรกรรมบนเชน (on-chain) จะไม่สามารถปรับขยายให้ถึงอัตราการประมวลผลเป้าหมายของ Bitcoin หรือความต้องการของผู้ใช้ส่วนใหญ่ได้ การสร้างธุรกรรมยังซับซ้อนกว่าการใช้งาน Bitcoin แบบมาตรฐาน และอาจถูกมองว่าไม่เป็นไปตามมาตรฐาน (non-standard) ภายใต้นโยบายการส่งต่อ (relay policies) ในปัจจุบัน ซึ่งหมายความว่าอาจเกิดปัญหาการแพร่กระจาย (propagation issues) และอาจต้องส่งโดยตรงไปยังพูลสำหรับการขุด (mining pools) แทนที่จะกระจายผ่าน mempool สาธารณะ (public mempool) ข้อเสนอนี้ยังมาพร้อมกับการแลกเปลี่ยนด้านความปลอดภัย แม้ว่าจะหลีกเลี่ยงการโจมตีที่อาศัยอัลกอริทึมของ Shor ซึ่งคุกคามลายเซ็นบนเส้นโค้งวงรี แต่อัลกอริทึมของ Grover ก็ยังอาจให้ความเร็วขึ้นแบบกำลังสอง (quadratic speedup) แก่ผู้โจมตีด้วยควอนตัมได้ “เท่าที่ภัยคุกคามจากควอนตัมยังเชื่อกันว่าสามารถเป็นจริงได้ ก็ยังจำเป็นต้องเดินหน้าความพยายามอย่างต่อเนื่องในการวิจัยและนำเสนอโซลูชันที่ดีที่สุดสำหรับ Bitcoin—โซลูชันที่มีประสิทธิภาพสูงสุด เป็นมิตรต่อผู้ใช้ และตอบสนองความต้องการของ Bitcoin ผ่านการเปลี่ยนแปลงในระดับโปรโตคอล” Levy เขียน

เอกสารของ Levy เข้าร่วมกับข้อเสนอหลายฉบับที่เกิดขึ้นเพื่ออธิบายว่า Bitcoin อาจเปลี่ยนผ่านไปสู่การเข้ารหัสที่ทนทานต่อควอนตัมได้อย่างไร รวมถึง BIP-360 ซึ่งนำเสนอรูปแบบที่อยู่แบบ Pay-to-Merkle-Root (Pay-to-Merkle-Root address format) ออกแบบมาเพื่อรองรับลายเซ็นที่ปลอดภัยต่อควอนตัม แม้ภัยคุกคามจากควอนตัมต่อ Bitcoin จะยังอยู่ในเชิงทฤษฎี แต่บริษัทต่างๆ รวมถึง Google และ Cloudflare กำลังเตรียมตัวรับมืออยู่แล้ว โดยกำหนดเดดไลน์ปี 2029 เพื่อเปลี่ยนระบบของตนไปสู่โซลูชันหลังยุคควอนตัม (post-quantum)