LayerZero Labs ha presentado Aerie, un sistema de investigación que, según sus desarrolladores, puede agregar 32.768 firmas Falcon resistentes a la computación cuántica en 0,65 segundos en un portátil Apple sin aceleración por GPU.
Resumen
- Se agregaron 32.768 firmas Falcon-512 en 0,65 segundos utilizando 16 hilos de trabajo.
- El agregado estándar de Aerie incluye datos de firma retenidos, con una versión más pequeña de sal compartida que requiere condiciones adicionales.
- Los investigadores informan de una generación de pruebas más rápida que leanVM, mientras que las pruebas de leanVM se verificaron más rápido.
- El NIST incluye a Falcon como en proceso de estandarización, por separado de su estándar de firma ML-DSA finalizado.
El anuncio de LayerZero del 16 de octubre identifica a investigadores de su propio equipo, de a16z crypto research, de la Universidad Carnegie Mellon y del Imperial College London como contribuyentes al proyecto, que se basa en el sistema de pruebas criptográficas Akita.
El artículo adjunto presenta una forma de combinar miles de firmas digitales en una única prueba de su validez. Sus autores enmarcan el trabajo en torno a un problema que enfrentan las cadenas de bloques de prueba de participación, donde los validadores firman mensajes que confirman el estado de la red y otros participantes deben verificar esas firmas.
Según el artículo, Ethereum utiliza actualmente firmas BLS para combinar aproximadamente 32.000 votos de validadores en una pequeña firma. BLS no resiste ataques cuánticos, mientras que las alternativas poscuánticas seleccionadas por los responsables de estándares de EE. UU. carecen de la misma capacidad de agregación integrada.
Aerie reduce la generación de pruebas por debajo de un segundo
En los puntos de referencia del Apple M4 Max del equipo, Aerie procesó el lote de Falcon-512 utilizando 16 hilos de trabajo y alcanzó un uso máximo de memoria de 2,1 GiB. Una segunda carga de trabajo, compuesta por 16.384 firmas Falcon-1024, tardó 0,63 segundos con requisitos de memoria similares.
Los investigadores describen Falcon-1024 como la opción de mayor seguridad, con firmas más grandes y más cómputo que Falcon-512. Su artículo informa que producir una prueba para cualquiera de las dos cargas de trabajo tardó aproximadamente 4,3 segundos cuando se restringió a un solo hilo.
Verificar el agregado completo de Falcon-512 tardó 54 milisegundos en un núcleo, según la tabla de puntos de referencia, en comparación con 519 milisegundos para verificar las firmas individualmente. Con 16 hilos, las cifras correspondientes fueron 11,6 milisegundos y 42,9 milisegundos.
El artículo describe la construcción por lotes en términos directos.
"Una prueba cubre todo el lote, sin recursión."
Según los autores, evitar la recursión elimina la necesidad de crear pruebas intermedias y combinarlas mediante rondas sucesivas. Su diseño permite que otro nodo que posea las firmas produzca una prueba de reemplazo si el agregador original falla.
Las pruebas más pequeñas aún contienen datos de firma
Aerie conserva un valor aleatorio corto, conocido como sal, de cada firma para que el verificador pueda calcular los hashes asociados directamente, explican los investigadores. La prueba se encarga de las comprobaciones matemáticas restantes, utilizando Akita para respaldar la construcción.
Para la carga de trabajo de 32.768 firmas Falcon-512, el artículo informa un agregado de 1.346 KiB, incluidos sales y encabezados. Su componente de prueba representa aproximadamente 66 KiB, mientras que las sales retenidas constituyen la mayor parte de los datos restantes.
Los autores sitúan el agregado estándar en 42,1 bytes por firma, aproximadamente 16 veces más pequeño que las firmas Falcon rellenadas a las que reemplaza. Sus mediciones de tamaño excluyen las claves públicas y los mensajes proporcionados por separado al verificador.
Una sal compartida podría reducir el agregado completo a aproximadamente 66 KiB, según el artículo, pero esa estimación depende de una política de firma separada y de suposiciones de seguridad. Los investigadores afirman explícitamente que la estimación de tamaño no establece el cumplimiento de esa política.
Frente a Orthus, un sistema de agregación de Falcon anterior, el equipo informa una generación de pruebas 1,5 veces más rápida, una verificación 38 veces más rápida y pruebas 1,7 veces más pequeñas en el mismo servidor. El artículo matiza esa comparación explicando que la carga de trabajo de Orthus omite las comprobaciones de formato de firma que realiza Aerie.
La comparación de Ethereum involucra diferentes diseños de firmas
El artículo compara Aerie con leanVM, parte del trabajo de agregación basado en hash de Ethereum. Como informó crypto.news anteriormente, los investigadores de Ethereum han estado desarrollando infraestructura de pruebas para comprimir grandes firmas post-cuánticas para su uso en la red.
En la Sección 6.3, los autores de Aerie informan haber ejecutado leanVM en el mismo M4 Max y agregado 900 firmas XMSS en 0.51 segundos usando todos los núcleos. Su comparación sitúa el rendimiento de prueba de Falcon-512 de Aerie en 29 veces el rendimiento de XMSS de leanVM bajo esas condiciones.
Los investigadores informan un compromiso en la verificación. Las pruebas de LeanVM se verificaron en 5.9 a 6.5 milisegundos en un hilo en las configuraciones citadas, más rápido que el resultado de 54 milisegundos de un solo hilo de Aerie para su lote de 32,768 firmas.
Un trabajo separado de Ethereum aborda cómo los validadores podrían adoptar nuevas firmas. Un borrador de agosto propuso un contrato de depósito listo para post-cuántico con datos criptográficos de longitud variable y un mecanismo para retirar nuevos depósitos BLS.
El registro de GitHub de la propuesta sigue siendo un envío de borrador. Su descripción identifica un modo de retiro BLS irreversible, mientras que los registros de discusión muestran comentarios técnicos pendientes y requisitos de revisión.
En su documento de prioridades del 7 de septiembre, el Protocol Cluster de la Fundación Ethereum estableció un objetivo de resistencia cuántica para diciembre de 2029 que abarca ejecución, consenso y datos. La Fundación calificó una amenaza cuántica que llegue en 2030 como un supuesto de planificación deliberadamente agresivo, y se espera que expertos externos ayuden a reevaluar el progreso a partir de enero de 2027.
Los estándares de EE. UU. distinguen Falcon de las alternativas finalizadas
El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología enumera ML-DSA y SLH-DSA entre los estándares de firma digital finalizados en agosto de 2024. Su descripción actual del programa identifica a Falcon como seleccionado para estandarización en curso, un estatus separado de esos estándares completados.
NIST recomienda que las organizaciones comiencen a migrar los sistemas vulnerables e identifica 2035 como el punto final para eliminar los algoritmos vulnerables a la computación cuántica de sus estándares, con los sistemas de alto riesgo transitando antes.
LayerZero dice que la agregación de ML-DSA está funcionando dentro de Aerie, pero las cifras exactas de rendimiento y los detalles de implementación siguen pendientes en su anuncio.
