Vitalik Buterin a décrit les quatre composants d'Ethereum qu'il considère comme potentiellement vulnérables à l'informatique quantique : le système de consensus, la disponibilité des données, les signatures numériques des comptes externes (EOA) et les preuves de connaissance nulle (ZK) utilisées dans la couche application.
Le co-fondateur du réseau a expliqué que ces quatre aspects du réseau sont protégés par des schémas cryptographiques basés sur des problèmes mathématiques qu'un ordinateur quantique suffisamment avancé pourrait être résolu plus facilement que les systèmes classiques.
Face à cette situation, Buterin, qui prévient que la menace quantique pourrait arriver en 2028il a partagé dans son message du 26 février quatre propositions pour atteindre une résistance quantique, en tenant compte des quatre composantes.
Les propositions de Vitalik coïncidaient avec la feuille de route présentée par la Fondation Ethereum (EF). Comme l'a rapporté Criptonoticias, il comprend sept hard forks (fourches dures) jusqu’en 2029, afin de protéger Ethereum de l’informatique quantique.
De cette façon, ils envisagent d’apporter des changements en partant du principe que la menace quantique C'est une réalité qui est plus proche que vous ne le pensez. L'explication de Buterin se concentre donc sur les quatre problèmes détectés et leurs solutions possibles, exposées ci-dessous.
1. Consensus : remplacer la cryptographie BLS
Le consensus Ethereum utilise les signatures BLS (par les chercheurs Boneh – Lynn – Shacham). Il s'agit d'un type de cryptographie à clé publique. Ce schéma permet à Ethereum de regrouper plusieurs signatures en une seule, ce qui réduire les données et améliorer l’efficacité quand des milliers de validateurs confirment les blocages.
Le problème est que BLS est basé sur la cryptographie à courbe elliptique (ECC) et ce type de cryptographie serait vulnérable à un algorithme quantique comme celui de Court.
Buterin propose remplacer les signatures BLS par des signatures basées sur des fonctions de hachage comme Winternitz, considéré comme résistant à l’informatique quantique. Celles-ci ne dépendent pas de courbes elliptiques, mais génèrent des signatures bien plus grandes.
Pour éviter que la taille des blocs monte en flèche, pensez à combiner les fonctions de hachage avec STARK (Transparent and Scalable Arguments of Knowledge). Un type de cryptographie qui permet de démontrer en un seul test que de nombreuses signatures sont valides.
Buterin prévient également que le choix de la fonction de hachage sera critiquecar il pourrait devenir la norme Ethereum définitive dans un scénario post-quantique.
2. Disponibilité des données : abandonner les engagements KZG
Le réseau Ethereum utilise les engagements KZG (Kate – Zaverucha – Goldberg). Ce mécanisme vous permet de compromettre cryptographiquement un ensemble de données, puis de prouver qu'une partie de ces données appartient à l'ensemble d'origine. Ce, sans en révéler tout le contenu.
KZG est essentiel pour la « disponibilité des données », c'est-à-dire pour garantir que les informations publiées en blocs existe vraiment et peut être reconstruit. Le problème est qu’il repose également sur une cryptographie quantique vulnérable.
Buterin propose remplacer KZG par des tests STARK. Contrairement à KZG, les STARK ne s'appuient pas sur des paramètres de confiance initiaux ou sur des courbes elliptiques vulnérables.
Mais ils présentent des défis : les tests sont plus volumineux et le processus de génération est plus coûteux. Buterin reconnaît que le problème est gérable, mais nécessite beaucoup de travail d'ingénierie.
3. Signatures de comptes externes : remplacer ECDSA
Les comptes externes (EOA) sur Ethereum signent les transactions à l'aide de l'algorithme ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm). Ce même type de cryptographie est utilisé dans Bitcoin.
L'ECDSA serait vulnérable à un ordinateur quantique capable d'exécuter l'algorithme de Shor, qui permettrait de dériver la clé privée de la clé publique. En termes simples, si quelqu’un pouvait pirater ECDSA, il pourrait signer des transactions au nom de n’importe quel utilisateur.
La solution proposée par Buterin est d'introduire l'abstraction de compte (Abstraction du compteAA) nativement dans le protocole. Ce fait permet aux comptes utiliser n'importe quel algorithme de signaturey compris des options résistantes quantiques telles que les signatures basées sur le hachage ou sur le réseau (cryptographie basée sur un treillis).
L'obstacle est le coût. Selon Vitalik, la vérification d'une signature ECDSA coûte environ 3 000 unités de gaz, alors que une signature résistante aux quantiques peut coûter environ 200 000 unités de gaz ou plus.
Pour réduire cet impact, Buterin propose deux voies complémentaires :
- Ajoutez des optimisations mathématiques directement au protocole (via des précompilations qui rendent la vérification des signatures post-quantiques plus efficace).
- Appliquez l'agrégation récursive (EIP-8141), c'est-à-dire remplacez plusieurs vérifications individuelles par une seule preuve cryptographique qui certifie qu'elles sont toutes valides.
4. Tests ZK : remplacez Groth16 et compressez la vérification
Un problème similaire se produit avec les preuves à connaissance nulle (ZK), théoriquement vulnérables à un ordinateur quantique.
De nombreuses applications sur Ethereum utilisent ces tests ZK. Selon Buterin, le schéma Groth16 est particulièrement utilisé pour démontrer que quelque chose est vrai sans révéler l’information sous-jacente.
Le co-fondateur du réseau propose d'intégrer l'agrégation récursive (en utilisant EIP-8141) au niveau du protocole : au lieu de vérifier chaque preuve individuelle dans la chaîne, générerait un test unique certifiant que toutes les vérifications étaient correctes.
Ce mécanisme permettrait aux blocs contenant plusieurs grandes preuves de ne pas avoir à publier et vérifier chacune d’entre elles directement sur Ethereum. Au lieu de cela, seul un test compact résumant l’ensemble du processus serait validé.
Selon Buterin, cette architecture est essentielle pour qu’Ethereum puisse utiliser une cryptographie résistante aux quantiques sans sacrifier l’évolutivité.
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