2029倒计时：以太坊抗量子长跑从Hegotá鸣枪

Bài viết gốc: KarenZ, Foresight News

Máy tính lượng tử vẫn chưa gõ cửa công nghệ blockchain, nhưng Ethereum Foundation đã khoanh tròn trước một ngày trên lịch: tháng 12 năm 2029.

Đây là hạn mức kỹ thuật mà nhóm giao thức của Ethereum Foundation tự đặt ra cho mình: chuẩn bị theo kịch bản mối đe dọa lượng tử có thể xuất hiện sớm, nỗ lực hoàn tất quá trình chuyển đổi kháng lượng tử cho lớp một của Ethereum trước khi rủi ro thực sự cận kề.

Hegotá đang được lên kế hoạch, mặc dù sẽ không trực tiếp biến Ethereum thành một blockchain hoàn toàn kháng lượng tử, nhưng sẽ quyết định liệu các kế hoạch tiếp theo có thể tiến triển đúng hạn hay không.

EF đặt trước hạn mức năm 2029 cho "Q-day"

"Q-day" thường được dùng để chỉ một thời điểm giả định: khi máy tính lượng tử có khả năng tấn công thực tế xuất hiện, hệ thống mật mã khóa công khai hiện tại sẽ phải đối mặt với mối đe dọa thực chất.

Không ai có thể dự đoán chính xác thời điểm đó sẽ đến. Ethereum Foundation cũng thừa nhận rõ ràng rằng hầu hết các dự đoán đáng tin cậy cho rằng Q-day sẽ đến sau năm 2030, thậm chí có thể muộn hơn nhiều, và cũng có khả năng nó sẽ không bao giờ đến.

Nhóm giao thức của Ethereum Foundation áp dụng một giả định kỹ thuật tương đối thận trọng: lớp một của Ethereum nên được chuẩn bị theo kịch bản Q-day có thể đến sớm nhất là năm 2030.

Vì vậy, nhóm giao thức đã đề xuất một mục tiêu — nỗ lực trước tháng 12 năm 2029, giúp ba phần thực thi, đồng thuận và dữ liệu của lớp một Ethereum có đầy đủ khả năng kháng lượng tử.

Mục tiêu này cũng không phải là vĩnh viễn bất biến. Nhóm giao thức dự kiến vào tháng 1 năm 2027 sẽ kết hợp ý kiến từ các chuyên gia bên ngoài để đánh giá lại tình hình phát triển của điện toán lượng tử. Trước đó, hạn mức năm 2029 sẽ được coi là một mục tiêu công việc không thể dễ dàng nhượng bộ.

Sở dĩ việc chuyển đổi kháng lượng tử cần được chuẩn bị trước nhiều năm là vì Ethereum không chỉ sử dụng một loại công nghệ mật mã duy nhất, cũng không phải chỉ cần thay đổi một thuật toán chữ ký là có thể hoàn tất quá trình di chuyển. Cách người dùng chứng minh giao dịch được ủy quyền, cách validator tham gia đồng thuận, cách dữ liệu được xác minh — tất cả đều liên quan đến các cấu trúc mật mã khác nhau. Mọi thay đổi đều phải trải qua thiết kế đặc tả, triển khai client, đánh giá bảo mật, thử nghiệm mạng devnet và phối hợp trên mainnet, không thể chờ đến khi mối đe dọa đã xuất hiện mới bắt đầu xử lý.

Hegotá không phải là "nâng cấp kháng lượng tử", nhưng là bài kiểm tra đầu tiên của toàn bộ kế hoạch

Theo lộ trình cơ sở hiện được nhóm giao thức Ethereum Foundation công bố, nâng cấp mạng Glamsterdam dự kiến lên mainnet vào tháng 12 năm 2026, còn khả năng kháng lượng tử đầy đủ được bố trí tại hard fork thứ năm L* sau Glamsterdam, với thời gian mục tiêu là tháng 12 năm 2029. Từ Glamsterdam đến L* chỉ có ba năm, nếu muốn lần lượt hoàn thành Hegotá, I*, J*, K* và L*, trung bình mỗi lần nâng cấp chỉ có khoảng 7,2 tháng.

Đây là một lộ trình khá táo bạo. Hiện tại Ethereum Foundation chưa công bố thời gian lên mainnet cụ thể cho từng giai đoạn Hegotá, I*, J* và K*. Điều chắc chắn là các nhóm client dự kiến bắt đầu triển khai Hegotá muộn nhất vào cuối quý 4 năm 2026, và việc nghiên cứu, đặc tả và thử nghiệm cho nhiều phiên bản tiếp theo phải được tiến hành song song.

Theo lộ trình hiện tại, sự sắp xếp chính của các giai đoạn như sau:

• Hegotá: Nằm ở điểm khởi đầu của lộ trình này. Định vị chính thức rất rõ ràng: Hegotá bản thân không phải là nâng cấp kháng lượng tử, nhưng sẽ quyết định liệu các nâng cấp kháng lượng tử tiếp theo có thể tiến triển đúng hạn hay không.
• I*: Triển khai cơ quan đăng ký khóa công khai kháng lượng tử, thiết lập nền tảng giao thức để tài khoản đăng ký và sử dụng khóa công khai kháng lượng tử; đồng thời, tách rời đồng thuận là hướng ứng viên cốt lõi hiện đang dẫn đầu của phiên bản này, và công việc thiết kế và di chuyển cấu trúc trạng thái quy mô lớn cũng dự kiến bắt đầu từ I*.
• J*: Thiết lập lớp một "kháng lượng tử tối thiểu khả thi" (MV-PQ). Các thành phần chính bao gồm cơ chế heartbeat kháng lượng tử ở lớp đồng thuận, leanDA sampling hậu lượng tử ở lớp dữ liệu, và giao dịch leanSPHINCS hậu lượng tử ở lớp thực thi.
• K*: Theo thứ tự cơ sở hiện tại, giới thiệu bằng chứng thực thi bắt buộc. Khi đó, hướng phát triển của validator là xác minh các bằng chứng thực thi ngắn gọn, thay vì mỗi validator tự thực thi lại toàn bộ block.
• L*: Theo thứ tự cơ sở hiện tại, bổ sung các thông điệp bằng chứng kháng lượng tử cần thiết để đạt được đồng thuận kháng lượng tử hoàn chỉnh, tức là post-quantum attestations, và đạt được mục tiêu kháng lượng tử đầy đủ cho lớp thực thi, lớp đồng thuận và lớp dữ liệu vào tháng 12 năm 2029.

Tuy nhiên, thứ tự nhiệm vụ của K* và L* vẫn chưa được xác định cuối cùng. Nhóm giao thức đang đánh giá một phương án hoán đổi: đưa các thông điệp bằng chứng kháng lượng tử từ L* lên trước K*, giúp khả năng kháng lượng tử đầy đủ đạt được sớm hơn; đồng thời lùi bằng chứng thực thi bắt buộc từ K* xuống L*. Nếu áp dụng phương án này, trách nhiệm cụ thể của K* và L* cũng như nhịp độ nâng cấp sẽ thay đổi tương ứng. Do đó, cách diễn đạt chính xác nhất ở giai đoạn hiện tại là: tháng 12 năm 2026 là mục tiêu mainnet hiện tại của Glamsterdam, tháng 12 năm 2029 là mục tiêu của L* và khả năng kháng lượng tử đầy đủ trong lộ trình cơ sở; thứ tự nội bộ của K và L* vẫn có thể được điều chỉnh.

Các nhà nghiên cứu, nhà phát triển client, nhân viên đánh giá bảo mật và nhóm thử nghiệm vừa phải hoàn thành Hegotá, vừa phải chuẩn bị trước đặc tả và nguyên mẫu cho I*, J*, K* và L*. Nếu Hegotá đưa vào quá nhiều tính năng tương tác lẫn nhau, nó không chỉ có thể làm trì hoãn việc ra mắt của chính nó mà còn chiếm dụng nhân lực cần thiết cho công việc kháng lượng tử tiếp theo.

Vì vậy, nhóm giao thức của Ethereum Foundation phân loại các đề xuất ứng viên cho Hegotá thành các cấp S (2 hạng mục), A (15 hạng mục), B (8 hạng mục), C (7 hạng mục), DFI (28 hạng mục) và TBD (2 hạng mục), tổng cộng 62 đề xuất ứng viên. Cấp S đại diện cho việc phải bàn giao; cấp A đại diện cho ưu tiên cao, dự kiến bàn giao; cấp B cần đáp ứng các điều kiện như đặc tả, nguyên mẫu hoặc xác nhận từ người phụ trách; cấp C tạm thời nằm dưới ngưỡng đưa vào; DFI biểu thị không khuyến nghị đưa vào lần nâng cấp này; TBD biểu thị chưa xác định.

Hai hạng mục cấp S của Hegotá: FOCIL và Frames

Trong phân loại Hegotá do nhóm giao thức công bố, chỉ có hai EIP được xếp vào cấp S: EIP-7805 FOCIL ở lớp đồng thuận và EIP-8141 Frame Transaction ở lớp thực thi.

Chúng lần lượt xử lý hai vấn đề chính trong vòng đời của một giao dịch: liệu một giao dịch đủ điều kiện có thể vào block hay không, và một tài khoản có thể xác minh cũng như thực thi giao dịch bằng cách nào.

FOCIL (EIP-7805) có tên đầy đủ là "danh sách đưa vào được thực thi bởi quy tắc lựa chọn fork" (Fork-choice enforced Inclusion Lists). Mục tiêu của nó là cải thiện sự đảm bảo đưa vào giao dịch của Ethereum.

Hiện tại, các nhà xây dựng block chuyên nghiệp chiếm ưu thế trong việc tạo block. Sự phân công này giúp nâng cao hiệu quả xây dựng block, nhưng nếu việc sản xuất block tập trung vào một số ít nhà xây dựng trong thời gian dài, họ cũng có thể có khả năng lọc giao dịch khá mạnh. FOCIL do đó bổ sung thêm một lớp ràng buộc đưa vào từ phía validator bên cạnh quy trình xây dựng block thông thường.

Theo thiết kế của FOCIL, mỗi Slot sẽ chọn ra một nhóm validator để tạo thành "ủy ban danh sách đưa vào" (IL committee). Các thành viên ủy ban dựa trên các giao dịch đang chờ xử lý mà họ nhìn thấy, lần lượt tạo và phát sóng danh sách đưa vào. Nhà xây dựng block của Slot tiếp theo thu thập các danh sách này và thêm vào block những giao dịch đáp ứng điều kiện thực thi. Các validator chịu trách nhiệm chứng nhận block mới cũng sẽ lưu giữ các danh sách đưa vào mà họ nhận được kịp thời và kiểm tra xem block có đáp ứng các yêu cầu tương ứng hay không.

Nếu một block bỏ sót các giao dịch trong danh sách mà validator đã lưu giữ mà không có lý do chính đáng, các attester sẽ không bỏ phiếu cho block đó. Một block như vậy dù vẫn là block hợp lệ ở lớp thực thi, cũng không thể nhận được sự hỗ trợ đồng thuận cần thiết để đi vào chuỗi chính thức. Đây chính là ý nghĩa của FOCIL: nó không để các thành viên ủy ban trực tiếp sửa đổi block, mà thông qua việc validator có bỏ phiếu hay không để ràng buộc sự lựa chọn của nhà xây dựng block.

EIP-8369 đi kèm mô tả thêm những giao dịch nào phù hợp để nhận được sự đảm bảo đưa vào bắt buộc của FOCIL. Lý do một giao dịch thông thường bị bỏ sót tương đối dễ xác minh; giao dịch Frames cho phép xác minh có thể lập trình, chi phí đánh giá cao hơn, do đó cần giới hạn thêm phạm vi trạng thái có thể đọc và ngân sách xác minh.

Nói một cách dễ hiểu, FOCIL không phải để validator giành lấy công việc của nhà xây dựng block, mà là thêm một quy tắc lớp đồng thuận cho nhà xây dựng: bạn vẫn có thể sắp xếp phần lớn giao dịch trong block, nhưng không thể liên tục bỏ qua các giao dịch đủ điều kiện trong danh sách của ủy ban mà không có lý do hợp lý.

Frame Transactions (EIP-8141) xử lý vấn đề ở cấp độ tài khoản. Nó dự kiến làm cho việc xác minh giao dịch, thực thi giao dịch và thanh toán Gas trở nên có thể lập trình hơn ở lớp giao thức, tạo nền tảng cho trừu tượng hóa tài khoản gốc (native account abstraction). Vitalik là một trong những đồng tác giả của EIP-8141.

Hiện tại, hầu hết các tài khoản Ethereum thông thường phụ thuộc vào chữ ký khóa riêng tư với kiểu cố định. Frames mong muốn cho phép tài khoản sử dụng logic xác minh linh hoạt hơn, ví dụ như áp dụng sơ đồ chữ ký mới, kết hợp nhiều điều kiện ủy quyền, hoặc để tài khoản khác thanh toán phí giao dịch. Nó cũng có thể hỗ trợ tổng hợp chữ ký (signature aggregation) và cho phép giới thiệu các sơ đồ chữ ký mới trong tương lai mà không cần thực hiện một hard fork riêng cho từng sơ đồ.

Nhưng bản thân Frames không phải là một sơ đồ chữ ký kháng lượng tử hoàn chỉnh, cũng sẽ không ngay lập tức loại bỏ các khóa hiện có sau khi Hegotá ra mắt. Điều nó cung cấp là "sự linh hoạt về mật mã" (crypto-agility): trong tương lai nếu cần thay đổi sơ đồ chữ ký, tài khoản có thể hoàn tất việc di chuyển thông qua xác minh có thể lập trình,