Bitcoin vs Zcash: Comienza la competencia en computación cuántica y privacidad

[Reportera de Blockmedia, Ham Ji-hyun] Bitcoin (BTC) y Zcash (ZEC) están concretando diferentes estrategias de supervivencia ante la llegada de la era de la computación cuántica. Mientras Bitcoin ha comenzado a considerar la adición de un sistema de firma resistente a la cuántica manteniendo su estructura existente, Zcash ya ha implementado tecnologías de privacidad robustas como función central y ha incluido en su hoja de ruta la transición a un sistema post-cuántico (PQ).

Recientemente, Blockstream presentó un plan concreto para aplicar el sistema de firma resistente a la cuántica 'SHRINCS' a Bitcoin, lo que ha llevado la respuesta a la computación cuántica de la fase de investigación a un problema real de diseño de protocolos.

La resistencia cuántica es esencial... Bitcoin usa SHRINCS, Zcash usa 'Tachyon'

Actualmente, tanto Bitcoin como Zcash tienen la limitación de no contar con una resistencia cuántica perfecta.

La firma ECDSA y la firma Schnorr utilizadas actualmente en Bitcoin se basan en la criptografía de curvas elípticas (ECC). Si aparece una computadora cuántica con suficiente rendimiento que pueda ejecutar el algoritmo de Shor, sería teóricamente posible realizar un ataque que calcule la clave privada a partir de la clave pública. En particular, los UTXO cuya clave pública ya está expuesta en la blockchain podrían ser un objetivo directo de ataque.

Sin embargo, esto no significa que Bitcoin esté comprometido en este momento. Las computadoras cuánticas conocidas actualmente no han alcanzado un nivel que pueda desactivar efectivamente la criptografía de curvas elípticas de Bitcoin. El problema es que una red distribuida como Bitcoin podría tardar años en cambiar a un nuevo sistema criptográfico.

Blockstream también sostiene que no se sabe cuándo o si realmente aparecerán las computadoras cuánticas, pero dado que la transición del sistema criptográfico de Bitcoin tomará un tiempo considerable, es necesario prepararse antes de que la amenaza se materialice.

Blockstream Research está desarrollando SHRINCS como solución.

SHRINCS es un método de firma resistente a la cuántica basado en la seguridad de funciones hash, no en el problema de curvas elípticas. Blockstream se ha centrado en reducir el tamaño en comparación con las firmas post-cuánticas existentes, considerando el entorno de blockchain donde el espacio en bloque es limitado y el tamaño de la firma se traduce directamente en costos.

Según la propuesta, el tamaño de la firma de SHRINCS es de al menos 548 bytes, aproximadamente 9 veces el tamaño de la firma Schnorr de 64 bytes que se utiliza ampliamente en Bitcoin. Aun así, es relativamente más pequeño que otros sistemas de firma resistentes a la cuántica, como SPHINCS+, que ha sido aprobado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST).

La diferencia de rendimiento también es importante. La propuesta estima que, al aplicar SHRINCS, el rendimiento de Bitcoin sería de aproximadamente 3 TPS, lo que no difiere significativamente del nivel actual. En cambio, se ha analizado que al aplicar algunos algoritmos resistentes a la cuántica aprobados por NIST, el rendimiento podría caer a niveles de 0.36 a 0.5 TPS.

SHRINCS no se queda solo en una propuesta teórica. Blockstream ha probado transacciones de firma post-cuántica basadas en SHRINCS en el sidechain Liquid de Bitcoin en un entorno real. Sin embargo, se necesita un análisis adicional y revisión externa debido a la falta de pruebas de seguridad suficientes.

La comunidad de Bitcoin también está discutiendo un plan para eliminar gradualmente las firmas ECDSA y Schnorr existentes, asumiendo que se introducirá un método de salida post-cuántica en el futuro. Esto implicaría que, después de un período determinado, no se podrían enviar nuevos bitcoins a direcciones vulnerables a ataques cuánticos, y posteriormente se limitaría el gasto de monedas protegidas por firmas existentes.

El protocolo de privacidad central de Zcash, Orchard, también utiliza curvas elípticas Pallas y Vesta, por lo que no es seguro contra ataques cuánticos. Sin embargo, Zcash está llevando a cabo un proyecto de próxima generación para prepararse contra la amenaza cuántica.

A través del proyecto 'Tachyon', Zcash está diseñando un nuevo protocolo de escudo diferente al Orchard existente. En particular, están desarrollando un método que combina la búsqueda de información privada (PIR) y el intercambio de claves post-cuánticas para mantener la escalabilidad y proteger la privacidad en la era de la computación cuántica.

Es por eso que Zcash ha introducido el concepto de 'recuperable cuánticamente'. Esto no significa que todo el sistema sea inmune a ataques cuánticos, sino que se está preparando un camino para que los usuarios puedan recuperar y transferir sus activos a un sistema criptográfico seguro cuando la amenaza se materialice.

Es decir, Zcash está tratando la amenaza cuántica no solo como un problema de método de firma, sino como un problema de transición a un nuevo sistema criptográfico que incluye billeteras y protocolos de privacidad, lo que lo coloca un paso adelante de Bitcoin.

El punto de partida de la privacidad es diferente... BTC es 'público', ZEC es 'oculto'

Aunque ambos están en proceso de transición en términos de resistencia cuántica, el punto de partida es fundamentalmente diferente en términos de privacidad.

La blockchain de Bitcoin es fundamentalmente pública. Aunque las direcciones no se muestran con nombres reales, cualquiera puede verificar cuánto se ha movido de una dirección a otra. En particular, cuando la información de verificación de clientes (KYC) de los intercambios o las direcciones de billetera públicas se conectan con datos en cadena, se puede rastrear el flujo de fondos a través del análisis de blockchain.

Por lo tanto, Bitcoin también ha evolucionado en la dirección de fortalecer sus funciones de privacidad. Un ejemplo representativo es Taproot, que se activó en 2021, que permite que solo se revelen las condiciones realmente utilizadas en lugar de hacer públicas todas las condiciones de gasto complejas, reduciendo así la exposición de la estructura de la transacción. Además, con la función de transmisión P2P v2 basada en BIP-324, se ha cifrado la comunicación entre nodos, dificultando que los supervisores de la red identifiquen la ubicación de la primera propagación de una transacción específica o el contenido de la comunicación entre nodos. También se puede aumentar la privacidad utilizando tecnologías separadas como Tor.

Sin embargo, esto sigue siendo una forma de mantener el libro mayor público de Bitcoin mientras se minimiza la exposición de metadatos y la posibilidad de rastrear transacciones, lo que es fundamentalmente diferente de Zcash, que tiene la privacidad como función básica.

Zcash ha incorporado la privacidad como función central desde el principio.

El fondo de escudo Orchard, que es fundamental en la actualidad, utiliza 'zk-SNARK' basado en Halo 2. Los usuarios pueden demostrar criptográficamente que una transacción es válida según las reglas de consenso de Zcash sin revelar información sensible sobre la transacción. En la actualización NU5 de 2022, se introdujeron Orchard y Halo 2. En el sistema de prueba de conocimiento cero anterior, se debía confiar en que la información secreta generada durante el proceso de creación de parámetros criptográficos iniciales se desechara por completo, pero Halo 2 implementó una estructura que no requiere tal 'configuración de confianza'. Es decir, cambió la estructura del sistema de prueba de conocimiento cero anterior que requería la generación de valores secretos que debían ser desechados.

Esto reduce las rutas de ataque teóricas que podrían llevar a la falsificación de ZEC y permite una actualización del sistema criptográfico más flexible en el futuro. También se han introducido direcciones unificadas para facilitar que las billeteras utilicen el fondo de escudo más reciente.

En última instancia, la estrategia de privacidad de Bitcoin se centra en 'mantener el libro mayor público mientras se minimiza la exposición de información innecesaria', mientras que Zcash se acerca más a 'ocultar criptográficamente la información de transacciones mientras se prueba su validez'.

Esto también se alinea con la lógica de Grayscale al presentar a Zcash como un competidor potencial de Bitcoin. Grayscale ha evaluado que, aunque Bitcoin tiene un efecto de red abrumador, representando aproximadamente el 93% de la capitalización de mercado en el sector de las monedas, Zcash, que responde activamente a la privacidad financiera y a las tecnologías criptográficas de próxima generación en un entorno donde el análisis de blockchain basado en IA y las computadoras cuánticas están surgiendo, podría tener la ventaja de ser un 'segundo en movimiento'. Se argumenta que una función que era relativamente menos importante en el momento del nacimiento de Bitcoin podría convertirse en una nueva ventaja competitiva.

Galaxy Research también ha evaluado positivamente la estrategia de privacidad de Zcash. Lucas Ceylan, vicepresidente de Galaxy Research, calificó en un informe a finales de julio la respuesta del equipo de desarrollo de Zcash, que introdujo la estructura recuperable cuánticamente Ironwood y la verificación formal aproximadamente dos meses después de descubrir la vulnerabilidad de Orchard, como "impresionante". En particular, Galaxy señaló que "la privacidad ya no es solo una categoría de activos digitales, sino un requisito esencial de la capa base", citando que las instituciones tienen dificultades para exponer sus estrategias de transacción y tamaños de activos en un libro mayor público.

Zcash tiene ventaja en privacidad sobre Bitcoin, pero existe una 'carga regulatoria'

La ventaja técnica de Zcash no significa automáticamente una mayor competitividad frente a Bitcoin.

Las tecnologías de privacidad aumentan la complejidad y también incrementan la carga para los reguladores y los intercambios. Debido a la dificultad de rastrear el flujo de fondos, las monedas de privacidad han estado en conflicto constante con las regulaciones de prevención de lavado de dinero (AML).

También existen riesgos técnicos. Los sistemas complejos de prueba de conocimiento cero pueden presentar vulnerabilidades inesperadas durante el proceso de implementación y requieren una verificación de seguridad continua. Esto significa que, a cambio de obtener una fuerte privacidad, se debe mantener y verificar un sistema criptográfico mucho más complejo.

Por otro lado, Bitcoin ha mantenido una estructura criptográfica relativamente simple y probada, así como un libro mayor transparente. La cultura de introducir nuevas funciones de manera conservadora también es una ventaja en términos de seguridad, pero puede ser un factor que retrase la velocidad de transición en problemas donde se debe reemplazar el sistema criptográfico existente, como en el caso de las computadoras cuánticas.

En el nivel técnico actual, Zcash está por delante en términos de privacidad, pero ninguna de las dos ha alcanzado aún una etapa de finalización en resistencia cuántica. Bitcoin está probando tecnologías candidatas como SHRINCS en un sidechain y buscando métodos de transición a la mainnet, mientras que Zcash se está moviendo hacia la inclusión de estructuras recuperables cuánticamente y tecnologías post-cuánticas en su protocolo de privacidad de próxima generación.

En última instancia, la diferencia entre las dos blockchains radica en cuánto tiempo tomará el 'cambio de sistema criptográfico' para prepararse contra la amenaza de la computación cuántica. Mientras que Bitcoin debe abordar cuidadosamente para mantener el efecto de red acumulado durante más de 17 años, Zcash, como un jugador de segunda generación, puede introducir tecnologías más recientes de manera relativamente flexible.

Los expertos señalan que la velocidad de transición podría ser un problema más grande que la tecnología criptográfica en la respuesta cuántica de Bitcoin. Deutsche Digital Assets analizó el mes pasado que "el núcleo del argumento de que Bitcoin es especialmente vulnerable a los ataques de computación cuántica es el problema de la velocidad de gobernanza de Bitcoin", señalando que, a diferencia de las instituciones financieras centralizadas, Bitcoin necesita un amplio consenso de la red para cambiar su sistema criptográfico.

El profesor de criptografía Dan Boneh de la Universidad de Stanford también prevé que la transición de Bitcoin a la resistencia cuántica conllevará costos significativos. En una entrevista publicada en agosto, Boneh dijo que, si se realiza la transición a firmas basadas en hash de la serie SHRINCS, "el costo de la firma aumentará 10 veces", y aún no se ha determinado cómo se resolverá el problema del tamaño del bloque.