Assinatura de Uso Único

O que é uma Assinatura de Uso Único?

Uma Assinatura de Uso Único é um método de assinatura digital em que uma chave de assinatura é projetada para assinar com segurança apenas uma mensagem.

No universo das criptomoedas, uma Assinatura de Uso Único é importante porque mostra como é possível comprovar a propriedade digital sem depender exclusivamente da matemática de curvas elípticas.

A ideia básica é que uma chave privada de assinatura pode gerar uma assinatura válida, enquanto uma chave pública de verificação pode comprovar que a assinatura corresponde à mensagem.

Se a mesma chave privada de uso único assinar mais de uma mensagem, a segurança do esquema pode ser comprometida.

Isso diferencia bastante as Assinaturas de Uso Único dos esquemas de assinatura comuns em blockchain, como ECDSA ou assinaturas Schnorr, projetados para permitir várias assinaturas quando implementados corretamente.

As Assinaturas de Uso Único são frequentemente discutidas no contexto da criptografia baseada em hash.

As assinaturas baseadas em hash são interessantes para o universo cripto porque podem ser construídas principalmente com funções hash criptográficas, em vez de depender de pressupostos da teoria dos números.

A recomendação SP 800-208 do NIST especifica LMS e XMSS como esquemas de assinatura baseada em hash com estado, que usam ideias de assinatura de uso único como componentes básicos.

A RFC 8391 do IETF para XMSS especifica a Winternitz One-Time Signature Plus, também chamada WOTS+, como um esquema de assinatura de uso único utilizado no XMSS.

A RFC 8554 do IETF para LMS também especifica um esquema de assinatura de uso único como parte do sistema de assinatura baseada em hash Leighton-Micali.

Para quem usa criptomoedas, a principal lição é simples.

Uma assinatura comprova o controle de uma chave secreta, mas a segurança dessa comprovação depende do uso do esquema de assinatura exatamente como previsto.

Principais pontos sobre Assinaturas de Uso Único

• • Uma Assinatura de Uso Único é um esquema de assinatura digital em que uma chave privada de assinatura deve ser usada para apenas uma mensagem.
  • Usar a mesma chave de assinatura de uso único duas vezes pode revelar informações secretas demais e permitir falsificações.
  • As Assinaturas de Uso Único geralmente se baseiam em funções hash criptográficas.
  • As assinaturas Lamport e Winternitz são exemplos clássicos de ideias de assinatura de uso único.
  • WOTS+ é um componente moderno de assinatura de uso único utilizado no XMSS.
  • O LMS usa um componente de assinatura de uso único dentro de um sistema maior de assinatura baseada em hash.
  • Árvores de Merkle podem combinar muitas Assinaturas de Uso Único sob uma única raiz pública.
  • Assinaturas baseadas em hash com estado exigem o controle cuidadoso de quais chaves de uso único já foram usadas.
  • As Assinaturas de Uso Único são importantes para a criptografia pós-quântica porque sua segurança pode se basear em funções hash, em vez de pressupostos sobre curvas elípticas.
  • A maioria das carteiras de criptomoedas atuais não usa Assinaturas de Uso Único puras em transações comuns, mas o conceito é relevante para o desenvolvimento futuro de carteiras e a migração pós-quântica.

Como funciona uma Assinatura de Uso Único

Uma Assinatura de Uso Único começa com uma chave privada que contém valores secretos.

O signatário usa esses valores secretos para criar uma assinatura para uma mensagem.

O verificador usa a chave pública para confirmar que os valores secretos revelados correspondem à mensagem.

Em muitos projetos baseados em hash, a chave pública contém hashes dos valores secretos.

A assinatura revela determinados valores secretos.

O verificador calcula o hash dos valores revelados e verifica se eles correspondem à chave pública.

Esse projeto é poderoso porque é fácil calcular uma função hash em uma direção e difícil revertê-la.

O problema é que uma assinatura revela parte do material da chave privada.

Depois que uma mensagem é assinada, alguns segredos deixam de ser secretos.

Se uma segunda mensagem diferente for assinada com a mesma chave de uso único, ainda mais segredos serão revelados.

Com informações reveladas suficientes, um invasor poderá criar uma assinatura válida para uma mensagem que o proprietário nunca aprovou.

Por que se chama uso único

O nome se deve ao fato de que a mesma chave de assinatura deve ser usada apenas uma vez.

A regra de uso único não é uma sugestão.

É um requisito fundamental de segurança.

Em um esquema de assinatura comum que permite várias assinaturas, a mesma chave privada pode assinar muitas mensagens diferentes, desde que o algoritmo seja usado corretamente.

Em um esquema de Assinatura de Uso Único, cada assinatura revela informações controladas sobre a chave privada.

Essa exposição é segura para uma mensagem porque a chave pública e as regras de assinatura são projetadas para um único uso.

Essa exposição se torna perigosa quando a mesma chave assina mais de uma vez.

Por isso, as chaves de uso único exigem um gerenciamento cuidadoso.

Se uma carteira, um nó ou um serviço de assinatura reutilizar acidentalmente a mesma chave de uso único, o usuário poderá perder a garantia de segurança.

No universo cripto, em que as assinaturas podem movimentar ativos reais, esse tipo de erro pode ter um custo muito alto.

Assinaturas Lamport de Uso Único

Uma Assinatura Lamport de Uso Único é um dos projetos de assinatura de uso único mais simples e conhecidos.

A chave privada contém pares de valores secretos aleatórios.

Cada bit do hash da mensagem escolhe um valor secreto de um par.

A chave pública contém os hashes de todos os valores secretos.

Para assinar uma mensagem, o signatário revela um valor secreto de cada par com base no hash da mensagem.

Para verificar a assinatura, o verificador calcula o hash de cada valor revelado e o compara com a chave pública.

A segurança depende da dificuldade de encontrar um valor secreto correspondente a um hash público.

Se o signatário assinar apenas uma mensagem, os valores não revelados continuam ocultos.

Se o signatário assinar duas mensagens diferentes, a segunda assinatura poderá revelar valores secretos do outro lado de alguns pares.

Isso pode fornecer a um invasor material suficiente para criar assinaturas de novas mensagens.

Assinaturas Winternitz de Uso Único

As Assinaturas Winternitz de Uso Único são mais eficientes do que as assinaturas Lamport básicas.

Em vez de revelar um valor secreto para cada bit, os projetos Winternitz processam vários bits de cada vez.

Isso pode reduzir o tamanho da assinatura e da chave pública, dependendo do parâmetro escolhido.

A contrapartida é que a verificação e a assinatura envolvem cadeias de hash.

Uma cadeia de hash aplica repetidamente uma função hash a um valor.

O signatário revela um valor em determinado ponto da cadeia.

O verificador continua calculando hashes a partir desse ponto e confere se o resultado corresponde ao valor da chave pública.

WOTS+ é uma versão aprimorada da abordagem Winternitz.

A RFC 8391 especifica WOTS+ como o componente de assinatura de uso único utilizado pelo XMSS.

Os projetos no estilo Winternitz mostram como as Assinaturas de Uso Único podem se tornar mais práticas sem deixar de seguir a regra de uso único.

WOTS+ e XMSS

WOTS+ significa Winternitz One-Time Signature Plus.

É um esquema de assinatura de uso único utilizado no XMSS.

XMSS significa eXtended Merkle Signature Scheme.

A RFC 8391 descreve o XMSS como um sistema de assinatura digital baseado em hash e afirma que o XMSS e suas variantes multiarvore usam WOTS+ como um dos principais componentes básicos.

O XMSS usa muitos pares de chaves WOTS+ e os organiza em uma árvore de Merkle.

A árvore de Merkle permite que uma única chave pública raiz autentique muitas chaves públicas de uso único.

cada folha WOTS+ deve ser usada apenas uma vez.

O signatário precisa controlar qual índice de folha já foi usado.

Por isso, o XMSS é chamado de sistema com estado.

O estado da chave privada precisa ser atualizado com segurança após cada assinatura, para que a mesma chave de uso único não seja reutilizada.

LMS e Assinaturas de Uso Único

LMS significa Leighton-Micali Signature.

É outro sistema de assinatura baseada em hash que usa ideias de assinatura de uso único.

A RFC 8554 descreve o LMS como um sistema de assinatura digital baseado em funções hash criptográficas e especifica tanto um esquema de assinatura de uso único quanto um esquema de assinatura geral.

O LMS também usa uma estrutura em árvore para transformar muitas chaves de uso único em um sistema de assinatura maior.

Assim como o XMSS, o LMS é um sistema com estado.

Isso significa que o signatário precisa controlar qual chave de uso único já foi utilizada.

Se o controle do estado falhar, uma chave de uso único poderá ser reutilizada.

Isso pode enfraquecer ou destruir a segurança das assinaturas associadas a essa chave.

A norma NIST SP 800-208 aprova conjuntos de parâmetros selecionados de LMS, HSS, XMSS e XMSS multiarvore para assinaturas baseadas em hash com estado.

Isso torna o LMS importante para sistemas robustos que precisam da segurança de assinaturas baseadas em hash e conseguem gerenciar o estado com segurança.

Árvores de Merkle e Assinaturas de Uso Único

Uma árvore de Merkle é uma estrutura de dados que usa hashes para conectar várias folhas a uma única raiz.

Em sistemas de assinatura baseada em hash, cada folha pode representar uma chave pública de uso único.

A raiz de Merkle se torna a chave pública principal.

Quando um signatário usa uma folha para assinar uma mensagem, a assinatura inclui um caminho de autenticação que comprova que a folha pertence à árvore.

O verificador confere a assinatura de uso único e, em seguida, verifica o caminho de Merkle até a raiz.

Esse projeto permite que uma única raiz pública dê suporte a muitas assinaturas.

Sem a árvore, cada chave de uso único precisaria de sua própria distribuição de chave pública.

As árvores de Merkle tornam as Assinaturas de Uso Único práticas para sistemas que precisam assinar mais de uma mensagem.

A contrapartida são assinaturas maiores e a necessidade de gerenciar o estado com cuidado.

O benefício é uma segurança robusta baseada em hash e uma estrutura clara.

Assinaturas baseadas em hash com estado e sem estado

As assinaturas baseadas em hash com estado exigem que o signatário se lembre de quais chaves de assinatura de uso único já foram utilizadas.

XMSS e LMS são sistemas com estado.

O estado geralmente é um índice ou contador que identifica a próxima chave de uso único ainda não utilizada.

Se o contador for copiado, revertido ou corrompido, o signatário poderá reutilizar uma chave de uso único.

Isso pode acontecer após a restauração de um backup, a clonagem de um dispositivo, erros de software, falhas de hardware ou uma coordenação deficiente entre vários servidores de assinatura.

As assinaturas baseadas em hash sem estado tentam evitar esse problema, sem exigir que o signatário mantenha um contador rigoroso de uso único da mesma maneira.

O padrão FIPS 205 do NIST especifica SLH-DSA, um algoritmo de assinatura digital baseado em hash sem estado e derivado de SPHINCS+.

SLH-DSA não é uma Assinatura de Uso Único simples para usuários comuns.

Ele usa estruturas baseadas em hash internamente para oferecer um esquema de assinatura sem estado.

Essa diferença é importante porque os sistemas com estado podem ser eficientes, enquanto os sistemas sem estado podem ser mais fáceis de operar com segurança em alguns ambientes.

Assinaturas de Uso Único e criptografia pós-quântica

As Assinaturas de Uso Único são importantes para a criptografia pós-quântica porque acredita-se que muitas assinaturas baseadas em hash resistam melhor a ataques quânticos conhecidos do que as assinaturas amplamente usadas baseadas em curvas elípticas.

Um computador quântico suficientemente potente poderia ameaçar esquemas de assinatura baseados em pressupostos de logaritmo discreto.

Muitas assinaturas de blockchain atuais dependem de criptografia de curvas elípticas.

As assinaturas baseadas em hash dependem principalmente das propriedades de segurança das funções hash.

Computadores quânticos ainda podem afetar a segurança de hashes por meio de acelerações genéricas, mas a escolha cuidadosa de parâmetros pode compensar esse risco.

Por isso, o NIST padronizou e recomendou abordagens de assinatura baseada em hash para determinados usos.

Componentes de Assinatura de Uso Único, como WOTS+, fazem parte desse contexto mais amplo da criptografia pós-quântica.

Para redes cripto, a migração pós-quântica é difícil porque as blockchains precisam proteger fundos antigos, novas transações, compatibilidade de carteiras, carteiras de hardware, multisig, contratos inteligentes, bridges e arquivos de longo prazo.

As Assinaturas de Uso Único não são a única solução pós-quântica possível.

Elas são uma das ideias mais importantes por trás das assinaturas pós-quânticas baseadas em hash.

Assinaturas de Uso Único vs. ECDSA

Quando implementado corretamente, o ECDSA é um esquema de assinatura digital que permite várias assinaturas.

Uma chave privada de blockchain que usa ECDSA pode assinar muitas transações, desde que cada assinatura use um nonce seguro e a chave privada permaneça secreta.

Uma chave de Assinatura de Uso Único não deve assinar várias mensagens.

Essa é a principal diferença.

A segurança do ECDSA depende de pressupostos sobre curvas elípticas e do uso seguro do nonce.

A segurança das Assinaturas de Uso Único geralmente depende de funções hash e da disciplina rigorosa de usar cada chave uma única vez.

As assinaturas ECDSA são compactas em comparação com muitas assinaturas baseadas em hash.

Dependendo do projeto, os sistemas de Assinatura de Uso Único podem ter chaves públicas, assinaturas ou caminhos de autenticação maiores.

O ECDSA é amplamente usado na infraestrutura blockchain atual.

As Assinaturas de Uso Único são mais discutidas em projetos pós-quânticos, sistemas especializados e pesquisas sobre migrações futuras.

Assinaturas de Uso Único vs. assinaturas Schnorr

Quando implementadas corretamente, as assinaturas Schnorr também permitem várias assinaturas.

A BIP 340 do Bitcoin define assinaturas Schnorr de 64 bytes sobre a curva elíptica secp256k1.

As assinaturas Schnorr podem oferecer recursos úteis, como agregação de assinaturas e provas de segurança mais simples em comparação com projetos mais antigos.

Elas não são Assinaturas de Uso Único.

Uma chave privada Schnorr pode assinar muitas mensagens se a geração do nonce for segura e o protocolo for implementado corretamente.

No entanto, tanto Schnorr quanto ECDSA exigem proteção robusta contra erros com nonces.

Uma assinatura baseada em hash de uso único apresenta outro tipo de risco.

Seu maior risco operacional é usar a mesma chave de uso único duas vezes.

Ambas as famílias exigem uma implementação cuidadosa.

O motivo de uma falha é diferente em cada caso.

Assinaturas de Uso Único vs. endereços de uso único

Uma Assinatura de Uso Único não é o mesmo que um endereço de uso único.

Uma Assinatura de Uso Único é um método criptográfico de assinatura.

Um endereço de uso único é uma prática de carteira em que o usuário recebe fundos em um endereço novo, em vez de reutilizar o mesmo endereço.

As orientações de privacidade do Bitcoin.org recomendam o uso de um novo endereço de Bitcoin cada vez que o usuário recebe um pagamento.

Usar novos endereços melhora a privacidade porque dificulta a associação entre pagamentos.

Isso também pode reduzir a exposição desnecessária da chave pública em alguns tipos de endereço.

No entanto, usar um endereço novo não significa automaticamente que o esquema de assinatura seja uma Assinatura de Uso Único.

A maioria das carteiras comuns de Bitcoin e Ethereum usa esquemas de assinatura que permitem várias assinaturas, e não esquemas OTS puros.

Os termos parecem semelhantes, mas descrevem camadas diferentes da segurança de uma carteira.

Um diz respeito a como as chaves assinam mensagens; o outro, a como os endereços são usados on-chain.

Assinaturas de Uso Único e reutilização de endereços

A reutilização de endereços não é o mesmo que reutilizar uma chave de assinatura de uso único, mas as duas ideias estão relacionadas à boa gestão de chaves.

A reutilização de endereços pode prejudicar a privacidade ao associar vários pagamentos ao mesmo endereço.

Em alguns tipos de script do Bitcoin, o gasto revela a chave pública on-chain.

A documentação para desenvolvedores do Bitcoin sobre transações P2PKH mostra que o script de gasto inclui uma assinatura e uma chave pública.

Isso não significa que o Bitcoin use Assinaturas de Uso Único.

Significa que a exposição da chave pública e a reutilização de endereços podem ser relevantes para a privacidade e para pressupostos de segurança futuros.

Quem reutiliza endereços fornece mais dados para que observadores associem atividades.

Uma futura transição pós-quântica também poderá fazer com que a exposição de chaves públicas seja mais discutida como risco.

As boas práticas de carteira já recomendam novos endereços para pagamentos sempre que possível.

As Assinaturas de Uso Único levam essa ideia de boa gestão de chaves ainda mais longe, ao tornar as chaves de assinatura de uso único uma regra matemática.

Assinaturas de Uso Único e projeto de carteiras

Uma carteira que usa Assinaturas de Uso Único precisa gerenciar muitas chaves de assinatura.

Cada chave deve ser usada uma vez e depois desativada.

A carteira precisa saber quais chaves ainda não foram usadas.

A carteira precisa evitar assinar duas transações com a mesma chave de uso único.

A carteira precisa gerenciar backups sem reverter o estado das chaves.

A carteira precisa gerenciar vários dispositivos sem causar usos duplicados.

A carteira precisa lidar com cuidado com transações malsucedidas, novas tentativas e transações substitutas.

Se uma transação falhar antes de ser transmitida, a carteira ainda precisará decidir se a chave de uso único foi exposta o suficiente para ser desativada.

Esses detalhes operacionais tornam o projeto de carteiras com Assinaturas de Uso Único mais difícil do que parece.

Uma carteira OTS fácil de usar precisa ocultar a complexidade sem ocultar os riscos.

Assinaturas de Uso Único e transações blockchain

Toda transação blockchain precisa de um método para comprovar a autorização.

A maioria das blockchains atuais usa assinaturas digitais para comprovar que quem gasta controla a chave privada correspondente.

Uma Assinatura de Uso Único também pode comprovar a autorização, mas altera o projeto da transação.

A transação pode precisar de uma assinatura maior.

O script de verificação ou a máquina virtual pode precisar oferecer suporte à verificação baseada em hash.

O formato do endereço pode precisar incluir uma raiz de Merkle ou outros dados públicos de verificação.

O mercado de taxas pode ser afetado se as assinaturas forem maiores e ocuparem mais espaço no bloco.

Clientes leves podem precisar de novos formatos de prova.

Carteiras de hardware podem precisar de novos recursos seguros para armazenar o estado das chaves.

Multisig e contratos inteligentes podem precisar de novos projetos de agregação ou limite de assinaturas.

Por isso, adicionar Assinaturas de Uso Único a uma blockchain importante é uma questão de projeto de protocolo, não apenas um recurso de carteira.

Assinaturas de Uso Único e contratos inteligentes

Contratos inteligentes podem verificar assinaturas quando a máquina virtual oferece suporte às operações criptográficas necessárias.

Algumas redes oferecem funções integradas de verificação de assinatura para algoritmos comuns.

Assinaturas de Uso Único baseadas em hash podem ser verificadas com operações de hash, mas o tamanho da assinatura e o custo de gas podem ser altos.

Um contrato que verifica uma assinatura no estilo WOTS pode precisar executar muitos cálculos de hash.

Isso pode ser caro se a rede cobrar pelo processamento e pelo armazenamento de dados.

Em uma blockchain de pagamentos simples, assinaturas grandes podem aumentar as taxas de transação.

Em uma blockchain de contratos inteligentes, uma lógica de verificação extensa pode aumentar o uso de gas.

Isso não torna as Assinaturas de Uso Único inúteis.

Significa que a implementação exige um projeto cuidadoso e uma análise de taxas.

A segurança pós-quântica precisa se ajustar à economia da rede.

Assinaturas de Uso Único e multisig

Multisig significa que várias chaves são necessárias para autorizar uma ação.

Em carteiras cripto tradicionais, o multisig pode usar várias chaves ECDSA ou Schnorr.

Com Assinaturas de Uso Único, o multisig se torna mais complexo porque cada participante pode precisar gerenciar o estado das próprias chaves de uso único.

Todos os signatários precisam evitar reutilizar suas chaves de assinatura de uso único.

Um coordenador de carteira pode precisar controlar quais chaves de uso único foram usadas em cada política.

Se uma transação multisig falhar e for reconstruída, o sistema de assinatura precisa evitar a reutilização acidental de chaves.

A assinatura por limite também pode ser mais difícil com assinaturas baseadas em hash do que com alguns sistemas de curvas elípticas.

Assinaturas de grupo, assinaturas agregadas e abstração de contas podem ajudar em projetos futuros, mas precisam ser analisadas com cuidado.

As Assinaturas de Uso Único podem oferecer segurança robusta, mas o multisig torna a disciplina operacional ainda mais importante.

Na custódia institucional, o gerenciamento do estado pode ser tão importante quanto a robustez criptográfica.

Assinaturas de Uso Único e carteiras de hardware

Carteiras de hardware são úteis porque mantêm as chaves privadas isoladas de dispositivos conectados à internet.

Uma carteira de hardware que usa Assinaturas de Uso Único precisaria armazenar com segurança tanto o material da chave secreta quanto o estado da assinatura.

O dispositivo precisa incrementar o índice da chave de uso único de forma confiável.

Precisa impedir a reversão do estado após a restauração de um backup.

Precisa lidar com a perda de energia durante a assinatura.

Precisa se coordenar com o software da carteira sem expor valores secretos ainda não usados.

Precisa alertar claramente os usuários antes de ações que possam consumir uma chave de uso único.

Esses requisitos são mais complexos do que simplesmente armazenar uma chave privada estática.

Uma carteira de hardware pode proteger bem os segredos, mas também precisa de uma lógica de estado segura.

Em assinaturas baseadas em hash com estado, o estado faz parte da segurança da chave privada.

Assinaturas de Uso Único e backups

Os backups são um dos problemas mais difíceis para sistemas de Assinatura de Uso Único com estado.

Um backup normal de carteira pode restaurar a mesma seed e regenerar muitas chaves.

Em um sistema OTS com estado, restaurar um backup antigo pode ser perigoso se ele também restaurar um contador antigo de chaves não utilizadas.

A carteira poderá considerar uma chave de uso único como não utilizada, mesmo que ela já tenha sido usada antes da restauração do backup.

Isso pode causar a reutilização da chave.

A reutilização de chaves pode permitir a falsificação de assinaturas em esquemas de uso único.

Um sistema de backup seguro precisa preservar o estado atual da assinatura.

Pode ser necessário usar contadores seguros, hardware monotônico, armazenamento sincronizado ou desativar chaves preventivamente.

Esse é um dos principais motivos pelos quais assinaturas baseadas em hash sem estado são atraentes em alguns ambientes.

É fácil descrever o estado, mas difícil protegê-lo perfeitamente.

Assinaturas de Uso Único e resistência quântica

As Assinaturas de Uso Único são frequentemente descritas como resistentes a ataques quânticos porque podem depender principalmente de funções hash.

Essa afirmação deve ser entendida com cautela.

Resistente a ataques quânticos não significa impossível de atacar.

Significa que o esquema foi projetado para resistir melhor a métodos de ataque quântico conhecidos do que esquemas baseados em problemas que algoritmos quânticos conseguem resolver com eficiência.

As funções hash ainda precisam de parâmetros robustos porque a busca quântica pode reduzir a segurança efetiva de alguns pressupostos baseados em hash.

Os padrões modernos escolhem parâmetros levando isso em conta.

O padrão FIPS 205 do NIST para SLH-DSA faz parte do movimento mais amplo em direção a assinaturas pós-quânticas padronizadas.

Esquemas baseados em hash com estado, como XMSS e LMS, também são importantes porque oferecem opções maduras de assinatura baseada em hash para determinados casos de uso.

Para blockchains, a resistência quântica precisa ser avaliada nas camadas de carteira, transação, consenso, bridge e contrato inteligente.

Uma assinatura pós-quântica só é útil se todo o sistema puder usá-la com segurança.

Benefícios das Assinaturas de Uso Único

O primeiro benefício das Assinaturas de Uso Único é sua base de segurança simples.

Muitos projetos dependem principalmente de funções hash criptográficas.

O segundo benefício é sua relevância para o cenário pós-quântico.

As assinaturas baseadas em hash estão entre as famílias de assinatura pós-quântica mais estudadas.

O terceiro benefício é a transparência conceitual.

Uma assinatura Lamport básica é mais fácil de entender do que muitos esquemas avançados de assinatura.

O quarto benefício é a menor dependência de pressupostos sobre curvas elípticas.

Isso é importante para sistemas que planejam uma migração criptográfica de longo prazo.

O quinto benefício é a modularidade.

Componentes de assinatura de uso único podem ser combinados com árvores de Merkle e outras estruturas para criar sistemas de assinatura maiores.

Esses benefícios explicam por que conceitos OTS continuam aparecendo em padrões criptográficos relevantes.

Limitações das Assinaturas de Uso Único

A primeira limitação é a regra de uso único.

Uma chave privada de uso único não pode assinar com segurança um número ilimitado de mensagens.

A segunda limitação é a complexidade do gerenciamento de chaves.

Uma carteira ou um sistema de assinatura precisa controlar cuidadosamente as chaves ainda não utilizadas.

A terceira limitação é o tamanho da assinatura.

Assinaturas baseadas em hash podem ser maiores do que as assinaturas comuns de curvas elípticas.

A quarta limitação é o risco operacional relacionado ao estado.

Backups, clonagem de dispositivos, redundância de servidores e novas tentativas de transação podem causar a reutilização acidental de chaves.

A quinta limitação é o custo de integração.

As blockchains podem precisar de novos formatos de endereço, regras de script, suporte de máquina virtual, modelos de taxas e padrões de carteira.

A sexta limitação é a experiência do usuário.

Os usuários não deveriam precisar entender manualmente cada índice de chave de uso único, mas as carteiras ainda precisam gerenciá-lo corretamente.

Riscos de segurança das Assinaturas de Uso Único

O maior risco é assinar mais de uma mensagem com a mesma chave de uso único.

Isso pode revelar material secreto suficiente para ajudar um invasor a falsificar uma assinatura.

O segundo risco é a geração de números aleatórios inadequados durante a criação da chave privada.

Se os valores secretos forem previsíveis, o esquema poderá falhar.

O terceiro risco são funções hash fracas ou parâmetros inseguros.

Se a função hash for fraca demais, invasores poderão encontrar pré-imagens ou outros atalhos úteis.

O quarto risco são erros de implementação.

Codificação incorreta, controle errado de índices, tratamento inadequado de checksums ou separação de domínio defeituosa podem criar vulnerabilidades.

O quinto risco é o vazamento por canal lateral.

Um dispositivo que revela valores secretos por meio de tempo de execução, consumo de energia, acesso à memória ou injeção de falhas pode perder sua segurança.

O sexto risco é a reversão do estado.

Se um signatário voltar a um estado antigo, poderá reutilizar uma chave que deveria ter sido desativada.

Assinaturas de Uso Único e reutilização de nonce

A reutilização de uma chave de Assinatura de Uso Único não deve ser confundida com a reutilização de nonce no ECDSA.

No ECDSA, um nonce é um valor secreto usado em cada assinatura.

Se o nonce for reutilizado ou exposto, a chave privada de longo prazo poderá ser comprometida.

Em uma Assinatura de Uso Único, a própria chave privada de uso único é projetada para uma única mensagem.

Reutilizar a chave revela uma quantidade excessiva do material secreto dessa chave.

Ambos os erros são graves.

Eles ocorrem em famílias diferentes de assinatura.

A lição comum é que sistemas de assinatura geralmente exigem material secreto exclusivo para cada assinatura ou contexto de assinatura.

Desenvolvedores de carteiras precisam saber exatamente o que nunca deve ser reutilizado.

Os usuários talvez não vejam esses detalhes, mas seus fundos dependem deles.

Assinaturas de Uso Único e privacidade

As Assinaturas de Uso Único podem viabilizar projetos de carteira mais favoráveis à privacidade quando combinadas com endereços novos e uma construção cuidadosa das transações.

No entanto, as Assinaturas de Uso Único não tornam automaticamente uma blockchain privada.

Valores, horários, entradas, saídas, metadados da rede e interações com contratos inteligentes ainda podem revelar informações.

Uma chave de uso único pode reduzir a exposição repetida de chaves.

Por si só, ela não oculta toda a atividade.

As orientações de privacidade do Bitcoin recomendam novos endereços para novos pagamentos porque a reutilização de endereços pode associar atividades.

Essa recomendação está alinhada ao princípio das Assinaturas de Uso Único.

Material criptográfico novo pode reduzir a possibilidade de associação e a exposição repetida.

Ainda assim, a privacidade exige um projeto completo do sistema.

A assinatura de uso único é apenas uma parte desse projeto.

Assinaturas de Uso Único no projeto de blockchains futuras

Blockchains futuras poderão usar assinaturas baseadas em hash para aumentar a resiliência pós-quântica.

Alguns projetos poderão usar sistemas com estado, como XMSS ou LMS.

Outros poderão usar sistemas baseados em hash sem estado, como SLH-DSA.

Algumas redes poderão oferecer suporte a vários algoritmos de assinatura durante um período de migração.

Algumas carteiras poderão permitir que os usuários transfiram fundos de tipos antigos de assinatura para tipos de endereço pós-quânticos.

Algumas plataformas de contratos inteligentes poderão adicionar precompilações ou suporte integrado à verificação de assinaturas pós-quânticas.

Essas mudanças afetariam o tamanho das transações, os mercados de taxas, o espaço dos blocos, os clientes leves, os sistemas de custódia e as carteiras de hardware.

Os conceitos de Assinatura de Uso Único provavelmente continuarão importantes, mesmo que os usuários finais nunca vejam esse termo diretamente.

Eles fazem parte do conjunto de ferramentas criptográficas para a segurança de longo prazo das blockchains.

O desafio é torná-los práticos em escala.

Equívocos comuns sobre Assinaturas de Uso Único

Um equívoco comum é pensar que Assinaturas de Uso Único são apenas assinaturas normais usadas com cuidado uma única vez.

Uma Assinatura de Uso Único verdadeira é um esquema de assinatura projetado para usar chaves privadas de assinatura uma única vez.

Outro equívoco é pensar que um endereço de uso único é o mesmo que uma Assinatura de Uso Único.

Um endereço de uso único é uma prática de uso de carteira; uma Assinatura de Uso Único é um método criptográfico.

Um terceiro equívoco é pensar que as Assinaturas de Uso Único resolvem automaticamente todos os riscos quânticos.

Elas ajudam com uma parte do problema, mas as blockchains ainda precisam planejar a migração no nível do protocolo.

Um quarto equívoco é pensar que assinaturas baseadas em hash com estado são fáceis de operar.

O gerenciamento do estado pode ser difícil, especialmente com backups e vários dispositivos de assinatura.

Um quinto equívoco é pensar que assinaturas maiores são apenas uma questão de armazenamento.

Em blockchains, assinaturas maiores podem afetar taxas, capacidade de processamento, custo de verificação e experiência do usuário.

Boas práticas para desenvolvedores

Use esquemas padronizados e revisados em vez de inventar um novo projeto de Assinatura de Uso Único.

Siga especificações oficiais, como RFC 8391, RFC 8554, NIST SP 800-208 ou FIPS 205, quando forem relevantes.

Nunca reutilize uma chave de assinatura de uso único.

Proteja o estado da chave com o mesmo cuidado dedicado à própria chave privada.

Projete os backups para que não revertam o índice de assinatura.

Use números aleatórios robustos para a geração de chaves.

Use separação de domínio para impedir que assinaturas sejam reutilizadas acidentalmente entre protocolos.

Teste casos de falha, como assinatura interrompida, substituição de transação, falha de servidor e restauração de dispositivo.

Documente exatamente quando uma chave de uso único é considerada consumida.

Deixe claro na interface quando uma operação consome capacidade de assinatura.

Boas práticas para usuários de criptomoedas

Use carteiras que sigam os padrões de segurança atuais e recebam atualizações regulares.

Evite reutilizar endereços manualmente quando a carteira recomendar endereços novos.

Não presuma que toda solicitação de assinatura é segura só porque aparece em uma carteira.

Confira os detalhes da transação antes de assinar.

Mantenha os backups da carteira seguros e siga atentamente as instruções de recuperação.

Quando for viável, use carteiras de hardware para saldos elevados.

Evite carteiras pós-quânticas experimentais, a menos que você entenda os riscos e o projeto tenha sido bem avaliado.

Não copie chaves privadas, seeds ou arquivos de assinatura entre dispositivos, a menos que a documentação da carteira indique que isso é seguro.

Tenha cautela com softwares de carteira que alegam oferecer segurança quântica sem explicar o esquema de assinatura e suas contrapartidas.

Lembre-se de que a robustez criptográfica não protege contra phishing, malware ou aprovações inseguras.

Quando as Assinaturas de Uso Único são úteis

As Assinaturas de Uso Único são úteis quando um sistema deseja assinaturas digitais baseadas principalmente em funções hash.

Elas são úteis como componentes básicos de esquemas de assinatura pós-quântica.

São úteis em sistemas de assinatura baseada em hash com estado, como XMSS e LMS.

São úteis quando a autenticidade de longo prazo é importante e o sistema consegue gerenciar o estado das chaves com segurança.

São úteis em pesquisas e no projeto de protocolos para a segurança pós-quântica de blockchains.

São úteis quando os projetistas querem reduzir a dependência de pressupostos sobre curvas elípticas.

São úteis em firmware, infraestrutura e ambientes de alta segurança em que os eventos de assinatura podem ser contabilizados com cuidado.

São menos úteis quando o usuário precisa assinar um número ilimitado de mensagens simples com uma única chave e sem gerenciamento de estado.

São menos úteis quando o tamanho da assinatura precisa ser extremamente pequeno.

São perigosas quando implementadas sem um controle rigoroso do uso das chaves.

Assinatura de Uso Único em uma frase

Uma Assinatura de Uso Único é um esquema de assinatura digital, muitas vezes construído com funções hash, em que cada chave privada de assinatura deve assinar apenas uma mensagem, pois a reutilização pode revelar material secreto e permitir falsificações.

Perguntas frequentes

O que significa Assinatura de Uso Único?

Assinatura de Uso Único é um método de assinatura digital em que uma chave privada de assinatura deve assinar com segurança apenas uma mensagem.

Por que uma chave de Assinatura de Uso Único só pode ser usada uma vez?

Ela só pode ser usada uma vez porque cada assinatura revela parte do material da chave secreta, e assinar mais mensagens pode revelar informações suficientes para permitir falsificações.

Uma Assinatura de Uso Único é igual a um endereço de uso único?

Não. Uma Assinatura de Uso Único é um esquema criptográfico de assinatura, enquanto um endereço de uso único é uma prática de carteira que consiste em usar um endereço novo para um pagamento.

O que é uma assinatura Lamport?

Uma assinatura Lamport é um projeto clássico de Assinatura de Uso Único baseada em hash, no qual a assinatura revela valores secretos selecionados que correspondem aos bits do hash de uma mensagem.

O que é WOTS+?

WOTS+ é Winternitz One-Time Signature Plus, um esquema moderno de assinatura de uso único utilizado como componente básico no XMSS.

O que é XMSS?

XMSS é o eXtended Merkle Signature Scheme, um sistema de assinatura baseada em hash com estado que usa chaves WOTS+ de uso único em uma árvore de Merkle.

O que é LMS?

LMS é o sistema Leighton-Micali Signature, um esquema de assinatura baseada em hash com estado que usa assinaturas de uso único e estruturas em árvore.

As Assinaturas de Uso Único são pós-quânticas?

Muitos sistemas de Assinatura de Uso Único são considerados candidatos pós-quânticos porque dependem principalmente de funções hash, mas a segurança ainda depende dos parâmetros e da qualidade da implementação.

Bitcoin e Ethereum usam Assinaturas de Uso Único atualmente?

As transações comuns de Bitcoin e Ethereum geralmente usam esquemas de assinatura que permitem várias assinaturas, como ECDSA ou assinaturas no estilo Schnorr, e não Assinaturas de Uso Único puras.

O que acontece se uma chave de assinatura de uso único for reutilizada?

Reutilizar uma chave de assinatura de uso único pode revelar informações secretas demais e permitir que um invasor falsifique uma assinatura válida.

Por que árvores de Merkle são usadas com Assinaturas de Uso Único?

As árvores de Merkle permitem autenticar muitas chaves públicas de uso único sob uma única chave pública raiz, tornando mais práticos os sistemas de assinatura baseada em hash.

Qual é o maior desafio das Assinaturas de Uso Único?

O maior desafio é gerenciar com segurança o estado das chaves, pois as carteiras e os sistemas de assinatura precisam impedir a reutilização acidental de chaves de uso único.

Conclusão

Uma Assinatura de Uso Único é uma ideia criptográfica simples, mas poderosa.

Ela permite que um signatário comprove o controle de uma chave secreta para uma mensagem, geralmente revelando valores secretos cuidadosamente selecionados que podem ser verificados por meio de hashes.

O mesmo projeto que a torna elegante também impõe regras rigorosas.

A chave de assinatura não pode ser reutilizada.

Se a mesma chave de uso único assinar mais de uma mensagem, a assinatura poderá revelar informações privadas demais e permitir falsificações.

Essa regra de uso único diferencia bastante as Assinaturas de Uso Único dos esquemas de assinatura comuns em blockchain, como ECDSA e assinaturas Schnorr.

Atualmente, a maioria das carteiras comuns dos mercados cripto não usa Assinaturas de Uso Único puras em transações normais.

Ainda assim, o conceito é muito relevante porque as Assinaturas de Uso Único são componentes fundamentais de sistemas de assinatura baseada em hash, como WOTS+, XMSS e LMS.

Esses sistemas são importantes porque a criptografia baseada em hash é um dos caminhos mais relevantes para assinaturas digitais pós-quânticas.

Os padrões do NIST e as especificações do IETF mostram que essa não é apenas uma ideia acadêmica.

Ela faz parte da engenharia criptográfica voltada à segurança de longo prazo.

Para as blockchains, as Assinaturas de Uso Único levantam questões práticas sobre formatos de endereço, tamanho das transações, taxas, custo de verificação, backups de carteira, carteiras de hardware, multisig e suporte a contratos inteligentes.

O problema mais difícil muitas vezes não é a matemática.

O problema mais difícil é garantir que nenhuma chave de uso único seja reutilizada acidentalmente.

Isso exige controle cuidadoso do estado, backups seguros, dispositivos confiáveis e interfaces bem projetadas.

Para os usuários, a lição imediata é respeitar as boas práticas de carteira e evitar comportamentos inseguros ao assinar.

Para os desenvolvedores, a lição é usar padrões revisados e tratar o estado das chaves como dado essencial para a segurança.

Para os projetistas de blockchain, a lição é que a migração pós-quântica exigirá tanto criptografia robusta quanto engenharia prática de sistemas.

As Assinaturas de Uso Único não são uma solução completa para todos os problemas de segurança cripto.

São uma ferramenta fundamental para entender como futuros sistemas de ativos digitais poderão proteger a propriedade em um mundo no qual os pressupostos antigos sobre assinaturas precisarão evoluir.