LayerZero Labs a introduit Aerie, un système de recherche dont ses développeurs affirment qu'il peut agréger 32 768 signatures Falcon résistantes aux attaques quantiques en 0,65 seconde sur un ordinateur portable Apple sans accélération GPU.
Résumé
- 32 768 signatures Falcon-512 ont été agrégées en 0,65 seconde à l'aide de 16 threads de travail.
- L'agrégat standard d'Aerie inclut les données de signature conservées, avec une version à sel partagé plus petite nécessitant des conditions supplémentaires.
- Les chercheurs rapportent une génération de preuve plus rapide que leanVM, tandis que les preuves de leanVM se vérifiaient plus rapidement.
- Le NIST liste Falcon comme étant en cours de normalisation, séparément de sa norme de signature ML-DSA finalisée.
L'annonce de LayerZero du 16 octobre identifie des chercheurs de sa propre équipe, de la recherche crypto d'a16z, de l'Université Carnegie Mellon et de l'Imperial College London comme contributeurs au projet, qui s'appuie sur le système de preuve cryptographique Akita.
L'article qui l'accompagne présente un moyen de combiner des milliers de signatures numériques en une seule preuve de leur validité. Ses auteurs inscrivent ce travail dans le cadre d'un problème auquel sont confrontées les blockchains à preuve d'enjeu, où les validateurs signent des messages confirmant l'état du réseau et où d'autres participants doivent vérifier ces signatures.
Selon l'article, Ethereum utilise actuellement des signatures BLS pour combiner environ 32 000 votes de validateurs en une petite signature. BLS ne résiste pas aux attaques quantiques, tandis que les alternatives post-quantiques choisies par les responsables des normes américaines n'ont pas la même capacité d'agrégation intégrée.
Aerie réduit la génération de preuve à moins d'une seconde
Dans les benchmarks de l'équipe sur Apple M4 Max, Aerie a traité le lot Falcon-512 en utilisant 16 threads de travail et a atteint une utilisation maximale de mémoire de 2,1 Gio. Une seconde charge de travail, comprenant 16 384 signatures Falcon-1024, a pris 0,63 seconde avec des besoins en mémoire similaires.
Les chercheurs décrivent Falcon-1024 comme l'option à sécurité plus élevée, avec des signatures plus grandes et plus de calcul que Falcon-512. Leur article rapporte que la production d'une preuve pour l'une ou l'autre charge de travail prenait environ 4,3 secondes lorsqu'elle était limitée à un seul thread.
La vérification de l'agrégat Falcon-512 terminé a pris 54 millisecondes sur un cœur, selon le tableau de benchmark, contre 519 millisecondes pour la vérification des signatures individuellement. Avec 16 threads, les chiffres correspondants étaient de 11,6 millisecondes et 42,9 millisecondes.
L'article décrit la construction du lot en termes directs.
« Une preuve couvre tout le lot, sans récursion. »
Selon les auteurs, éviter la récursion supprime le besoin de créer des preuves intermédiaires et de les combiner par des tours successifs. Leur conception permet à un autre nœud détenant les signatures de produire une preuve de remplacement si l'agrégateur d'origine échoue.
Des preuves plus petites portent encore les données de signature
Aerie conserve une courte valeur aléatoire, appelée sel, de chaque signature afin que le vérificateur puisse calculer directement les hachages associés, expliquent les chercheurs. La preuve gère les vérifications mathématiques restantes, en utilisant Akita pour soutenir la construction.
Pour la charge de travail Falcon-512 de 32 768 signatures, l'article rapporte un agrégat de 1 346 Kio, incluant les sels et les en-têtes. Sa composante de preuve représente environ 66 Kio, tandis que les sels conservés constituent la majeure partie des données restantes.
Les auteurs estiment l'agrégat standard à 42,1 octets par signature, soit environ 16 fois plus petit que les signatures Falcon rembourrées qu'il remplace. Leurs mesures de taille excluent les clés publiques et les messages fournis séparément au vérificateur.
Un sel partagé pourrait réduire l'agrégat complet à environ 66 Kio, selon l'article, mais cette estimation dépend d'une politique de signature et d'hypothèses de sécurité distinctes. Les chercheurs déclarent explicitement que l'estimation de taille n'établit pas la conformité à cette politique.
Face à Orthus, un système d'agrégation Falcon antérieur, l'équipe rapporte une génération de preuve 1,5 fois plus rapide, une vérification 38 fois plus rapide et des preuves 1,7 fois plus petites sur le même serveur. L'article nuance cette comparaison en expliquant que la charge de travail d'Orthus omet les vérifications de format de signature qu'Aerie effectue.
La comparaison avec Ethereum implique différents modèles de signature
L'article compare Aerie à leanVM, qui fait partie des travaux d'agrégation basés sur le hachage d'Ethereum. Comme crypto.news l'a précédemment rapporté, les chercheurs d'Ethereum ont développé une infrastructure de preuve pour compresser les grandes signatures post-quantiques en vue de leur utilisation sur le réseau.
Dans la section 6.3, les auteurs d'Aerie rapportent avoir exécuté leanVM sur le même M4 Max et agrégé 900 signatures XMSS en 0,51 seconde en utilisant tous les cœurs. Leur comparaison situe le débit de preuve Falcon-512 d'Aerie à 29 fois le débit XMSS de leanVM dans ces conditions.
Les chercheurs signalent un compromis sur la vérification. Les preuves LeanVM ont été vérifiées en 5,9 à 6,5 millisecondes sur un thread dans les configurations citées, plus rapide que le résultat monothread de 54 millisecondes d'Aerie pour son lot de 32 768 signatures.
Des travaux distincts sur Ethereum traitent de la manière dont les validateurs pourraient adopter de nouvelles signatures. Un projet d'août a proposé un contrat de dépôt prêt pour le post-quantique avec des données cryptographiques de longueur variable et un mécanisme pour retirer les nouveaux dépôts BLS.
L'enregistrement GitHub de la proposition reste une soumission de projet. Sa description identifie un mode de retrait BLS irréversible, tandis que les enregistrements de discussion montrent des retours techniques en attente et des exigences de révision.
Dans son document de priorités du 7 septembre, le Protocol Cluster de la Fondation Ethereum a fixé un objectif de résistance quantique pour décembre 2029 couvrant l'exécution, le consensus et les données. La Fondation a qualifié une menace quantique arrivant en 2030 d'hypothèse de planification délibérément agressive, des experts externes étant attendus pour aider à réévaluer les progrès à partir de janvier 2027.
Les normes américaines distinguent Falcon des alternatives finalisées
Le National Institute of Standards and Technology classe ML-DSA et SLH-DSA parmi les normes de signature numérique finalisées en août 2024. Son aperçu actuel du programme identifie Falcon comme sélectionné pour une standardisation en cours, un statut distinct de ces normes achevées.
Le NIST recommande aux organisations de commencer à migrer les systèmes vulnérables et identifie 2035 comme date limite pour retirer les algorithmes vulnérables aux attaques quantiques de ses normes, les systèmes à haut risque devant transitionner plus tôt.
LayerZero affirme que l'agrégation ML-DSA fonctionne au sein d'Aerie, mais les chiffres de performance exacts et les détails de mise en œuvre restent en attente dans son annonce.
