Топологический аудит ECDSA: Практическая реализация с минимальными входными данными

Предыдущие статьи:

1. Топологический анализ безопасности ECDSA

2. Топологический аудит ECDSA: когда геометрия защищает ваши ключи

3. Топологическая безопасность ECDSA: Динамические методы анализа и теоретические основы

Введение

AuditCore — это первая в мире система топологического аудита ECDSA, основанная на принципиально новом подходе: вместо традиционного статистического анализа она представляет пространство цифровых подписей как математический тор (что математически верно), где каждая подпись становится точкой на его поверхности, и анализирует его топологическую структуру через числа Бетти и TVI Score (Torus Vulnerability Index); системе требуется всего один публичный ключ и одна реальная подпись из сети, а остальные данные она генерирует сама, сохраняя математическую корректность ECDSA, что позволяет обнаруживать уязвимости даже в новых или малоактивных кошельках; в отличие от существующих методов, AuditCore не просто ищет аномалии в отдельных подписях, а выявляет структурные паттерны (горизонтальные линии, диагональные полосы, кластеры), указывающие на конкретные типы уязвимостей, такие как фиксированный k или линейная зависимость, делая анализ не эвристическим, а математически строгим и количественно оцениваемым, что делает его надежным инструментом для обеспечения безопасности криптовалютных систем.

Мы не строим всю таблицу — это физически невозможно из-за её колоссального размера (для кривой secp256k1 таблица содержит ячеек, что превосходит количество атомов во Вселенной). Вместо этого AuditCore использует адаптивный метод сканирования, который «зондирует» пространство подписей, начиная с одной реальной подписи и публичного ключа.

Система начинает с генерации небольшого количества искусственных подписей вокруг реальной точки, затем анализирует полученные данные и автоматически определяет, какие области пространства требуют более детального изучения. Для областей с высокой плотностью точек (потенциальные уязвимости) система уменьшает параметры разброса ( и ), фокусируясь на подозрительных кластерах. Для равномерно распределенных областей — увеличивает радиус поиска, чтобы не пропустить скрытые структуры.

Этот адаптивный подход работает по принципу «сначала широкий поиск, затем точечный анализ»: сначала мы сканируем большое пространство с низким разрешением, а затем последовательно увеличиваем детализацию в подозрительных зонах. Формула адаптации: — позволяет автоматически определять оптимальную зону для следующего этапа анализа.

1. AIAssistant определяет регионы для анализа:

   logger.info("[AuditCore] Step 1: Determining audit regions using AIAssistant...") audit_regions = self.ai_assistant.determine_audit_regions(self.public_key, self.real_signatures) 

система сначала определяет, какие области пространства заслуживают внимания.

2. SignatureGenerator генерирует подписи только в указанных регионах:

   signatures = self.signature_generator.generate_in_regions(     regions,     num_signatures=self.config.get('max_synthetic_signatures', 10000) // len(regions) ) 

система генерирует подписи только в тех регионах, которые определены как потенциально уязвимые.

3. Adaptive search с прогрессивным расширением радиуса:
   С параметрами:

   max_search_radius: int = 1000 adaptive_radius_factor: float = 2.0 

4. Multiscale Mapper для мультимасштабного анализа:
   система использует «Multiscale Mapper for multi-resolution vulnerability detection» и «Multiscale topological analysis with stability metrics».

5. TCON для анализа стабильности:
   позволяет системе определять, какие регионы требуют более детального изучения.

Этот подход подтверждается в signature_generator.py:

Core algorithm CORRECTED: 1. Compute R = u_r * Q + u_z * G 2. Compute r = R.x mod n 3. Compute s = r * u_r^(-1) mod n 4. Compute z = u_z * s mod n 

Таким образом, AuditCore эффективно исследует бесконечно большое пространство, не пытаясь охватить его целиком, а умно фокусируясь на тех областях, где наиболее вероятно обнаружение уязвимостей.

Основной принцип работы

AuditCore работает на основе следующего ключевого наблюдения: пространство ECDSA-подписей , где и , естественным образом образует топологическое многообразие в виде тора. В безопасной реализации это пространство должно демонстрировать определенные топологические свойства, отклонения от которых указывают на уязвимости.

Ключевой инновацией AuditCore является способность генерировать необходимое количество валидных подписей на основе одной реальной подписи и публичного ключа, что позволяет проводить анализ даже при крайне ограниченных данных.

Архитектура системы и описание модулей

AuditCore представляет собой модульную систему, где каждый компонент отвечает за свою специфическую задачу. Ниже приведено подробное описание всех модулей системы:

1. TopologicalAnalyzer

Основное ядро системы, отвечающее за топологический анализ пространства подписей. Модуль выполняет вычисление персистентных гомологий с использованием библиотеки giotto-tda (VietorisRipsPersistence), что позволяет точно определить топологические свойства пространства.

Ключевые функции:

• Вычисление чисел Бетти (β₀, β₁, β₂) для определения структуры пространства

• Анализ стабильности топологических показателей

• Определение связных компонент и циклов в пространстве подписей

• Визуализация структуры как 3D-тора с отображением точек подписей

Модуль соответствует разделам теоретической работы, посвященным структурному анализу и интерпретации результатов через призму алгебраической топологии.

2. BettiAnalyzer

Специализированный модуль для глубокого анализа чисел Бетти, полученных от TopologicalAnalyzer. Он преобразует абстрактные топологические показатели в практические метрики безопасности.

Ключевые функции:

• Нормализация и интерпретация чисел Бетти

• Сравнение с эталонными значениями для безопасной реализации (β₀ = 1, β₁ = 2, β₂ = 1)

• Вычисление отклонений и их преобразование в количественные показатели риска

• Интеграция результатов в общий TVI Score

Модуль обеспечивает мост между теоретической топологией и практической криптографической безопасностью, делая сложные математические концепции доступными для разработчиков.

3. CollisionEngine

Модуль, отвечающий за обнаружение и анализ повторяющихся значений r, что является критическим индикатором уязвимостей в реализации ECDSA.

Ключевые функции:

• Поиск коллизий в значениях r с использованием оптимизированных алгоритмов

• Адаптивный поиск с постепенным расширением радиуса анализа на основе карт стабильности

• Классификация типов обнаруженных коллизий (фиксированный k, линейная зависимость и т.д.)

• Статистический анализ частоты повторений и их распределения

Этот модуль особенно эффективен для выявления уязвимостей, подобных той, что привела к компрометации ключей Sony PS3.

4. DynamicComputeRouter

Интеллектуальный маршрутизатор вычислений, оптимизирующий использование ресурсов системы в зависимости от сложности задачи и доступных вычислительных мощностей.

Ключевые функции:

• Автоматическое определение оптимального вычислительного ресурса (CPU, GPU, распределенные узлы)

• Динамическое распределение нагрузки между доступными ресурсами

• Мониторинг производительности и адаптация стратегии вычислений в реальном времени

• Управление памятью и предотвращение перегрузок при анализе больших наборов данных

Этот модуль обеспечивает высокую производительность системы, позволяя обрабатывать тысячи подписей в реальном времени даже на относительно скромных вычислительных ресурсах.

5. GradientAnalysis

Модуль для анализа градиентных полей в пространстве подписей, который выявляет скрытые линейные зависимости и паттерны.

Ключевые функции:

• Построение и анализ градиентных полей в пространстве (u_r, u_z)

• Обнаружение линейных трендов, указывающих на предсказуемость генератора k

• Вычисление направления и силы градиентов для определения типа уязвимости

• Интеграция с TopologicalAnalyzer для комплексной интерпретации результатов

Этот модуль особенно эффективен для выявления слабых RNG, где k имеет линейную зависимость от времени или других предсказуемых параметров.

6. HyperCoreTransformer

Модуль преобразования данных, обеспечивающий корректное представление пространства подписей для последующего анализа.

Ключевые функции:

• Преобразование координат (u_r, u_z) в угловые координаты тора

• Нормализация данных для различных кривых и модулей

• Адаптация представления данных под требования конкретных алгоритмов анализа

• Обеспечение математической корректности преобразований

Этот модуль гарантирует, что все последующие анализы выполняются на правильно структурированных данных, что критично для точности результатов.

7. TCON (Torus CONformance)

Модуль оценки соответствия структуры пространства подписей ожидаемой топологии тора.

Ключевые функции:

• Вычисление метрики соответствия топологии тора

• Обнаружение аномалий в структуре пространства

• Оценка стабильности топологических свойств при изменении параметров

• Интеграция результатов в общий TVI Score

TCON обеспечивает проверку того, что пространство подписей действительно соответствует ожидаемой топологии, что является фундаментальным требованием для корректного анализа.

8. SignatureGenerator

Ключевой модуль, позволяющий генерировать необходимое количество валидных подписей на основе одной реальной подписи и публичного ключа.

Ключевые функции:

• Генерация валидных подписей в окрестности реальной точки

• Контроль параметров генерации (sigma_ur, sigma_uz) для адекватного представления пространства

• Обеспечение математической корректности сгенерированных подписей

• Автоматическое определение необходимого количества подписей для статистически значимого анализа

Этот модуль решает главную проблему традиционного анализа ECDSA — недостаток реальных данных, делая возможным анализ даже новых или малоактивных кошельков.

9. AuditCore

Основной модуль системы, объединяющий все компоненты в единый конвейер анализа.

Ключевые функции:

• Управление всем процессом анализа от входных данных до финального отчета

• Интеграция всех специализированных модулей

• Формирование комплексного отчета с рекомендациями

• Предоставление API для интеграции с другими системами

AuditCore представляет собой высокопроизводительную, безопасную и математически обоснованную систему, сочетающую теорию эллиптических кривых, топологический анализ данных, AI-управление и оптимизированные вычисления.

10. AIAssistant

Модуль искусственного интеллекта, отвечающий за интерпретацию результатов и формирование рекомендаций.

Ключевые функции:

• Анализ результатов топологического анализа

• Формирование понятных рекомендаций для пользователя

• Классификация типа обнаруженной уязвимости

• Предоставление конкретных шагов по устранению выявленных проблем

Этот модуль делает результаты анализа доступными даже для пользователей без глубоких знаний в криптографии, превращая сложные математические показатели в практические рекомендации.

Процесс анализа

Входные данные

Для запуска анализа требуется всего:

• Публичный ключ (координаты точки на эллиптической кривой)

• Одна реальная подпись из блокчейна

Последовательность работы модулей

1. SignatureGenerator получает публичный ключ и реальную подпись, затем генерирует необходимое количество валидных подписей вокруг реальной точки.

2. HyperCoreTransformer преобразует все подписи в угловые координаты тора, обеспечивая корректное представление данных.

3. TopologicalAnalyzer и BettiAnalyzer проводят глубокий топологический анализ, вычисляя числа Бетти и определяя структурные свойства пространства.

4. CollisionEngine и GradientAnalysis ищут специфические паттерны, указывающие на различные типы уязвимостей.

5. TCON оценивает соответствие структуры ожидаемой топологии тора.

6. DynamicComputeRouter оптимизирует использование ресурсов на всех этапах, обеспечивая высокую производительность.

7. AIAssistant интерпретирует результаты и формирует рекомендации.

8. AuditCore объединяет все результаты в единый отчет и предоставляет API для интеграции.

Преимущества подхода

1. Минимальные входные данные
   Система не требует сбора множества реальных подписей, что критично для анализа новых или малоактивных кошельков.

2. Автоматическая генерация данных
   AuditCore генерирует необходимое количество валидных подписей, сохраняя математические свойства ECDSA, что позволяет проводить статистически значимый анализ.

3. Количественная оценка рисков
   TVI Score предоставляет объективную метрику безопасности, которую можно использовать в автоматизированных системах.

4. Точная диагностика
   Система не только определяет наличие уязвимости, но и классифицирует ее тип, что позволяет дать конкретные рекомендации по устранению.

Практическое применение

Анализ криптовалютных кошельков

Система может быть использована для аудита безопасности Bitcoin и Ethereum-кошельков. Например, анализ показал, что кошелек с адресом 0x742d…4e44 имеет TVI Score 0.67, что указывает на высокий риск компрометации приватного ключа из-за обнаружения 42 повторяющихся значений .

Интеграция в CI/CD

AuditCore может быть встроен в процесс разработки криптографических библиотек:

# .github/workflows/ecdsa-check.yml name: ECDSA Security Check on: [push] jobs:   security:     runs-on: ubuntu-latest     steps:       - name: Run ECDSA Audit         run: |           python -m auditcore --public-key ${{ secrets.PUBLIC_KEY }} \                                --signature ${{ secrets.SIGNATURE }}           if [ $(cat report.json | jq '.tvi_score') > 0.3 ]; then             echo "Обнаружена потенциальная уязвимость! TVI Score = $(cat report.json | jq '.tvi_score')"             exit 1           fi 

Расширения для криптокошельков

Система может быть интегрирована в MetaMask или другие кошельки для предупреждения пользователей о потенциальных рисках.

Заключение

AuditCore представляет собой практичную реализацию топологического анализа ECDSA, которая преодолевает ограничения традиционных методов, требующих большого количества реальных подписей. Система демонстрирует, что глубокий криптоанализ возможен даже с минимальными входными данными благодаря умной генерации дополнительных данных и применению топологических методов.

Полная реализация AuditCore доступна на GitHub: https://github.com/miroaleksej/AuditCore/tree/main/Scripts. Обратите внимание, что документация в настоящее время находится в активной разработке и будет доступна в ближайшие месяцы.

Система готова к практическому применению для аудита безопасности криптовалютных кошельков и интеграции в процессы разработки криптографических библиотек. Ее способность работать с одной реальной подписью делает топологический анализ доступным для широкого круга пользователей, включая тех, кто не обладает глубокими знаниями в криптографии.

P.S.: Почему я делюсь этим сейчас:

Вы, вероятно, задаетесь вопросом: зачем я публикую этот материал, когда многие еще не готовы принять топологический подход к анализу ECDSA? Почему не дождаться, когда область станет более изученной и признанной?

Делюсь этим сейчас именно потому, что эта область малоизучена. Сознательно открываю доступ к инструментам, которые могут изменить наше понимание криптографической безопасности, несмотря на то, что большинство исследователей до сих пор смотрят на ECDSA через призму статистики и линейной алгебры, упуская его глубинную топологическую природу.

Мой выбор опубликовать это сейчас — это не признак готовности, а призыв к совместному исследованию. Не жду, пока сообщество догонит меня; а приглашаю его присоединиться ко мне здесь и сейчас, на переднем крае криптографического анализа.

Топологический подход к ECDSA — это не просто еще один метод анализа. Это принципиально новый взгляд на то, как мы понимаем безопасность цифровых подписей. Представление пространства подписей как тора, использование чисел Бетти для количественной оценки уязвимостей, применение теоремы о нерве для обнаружения структурных аномалий — все это создает основу для новой дисциплины в криптографии.

Представляю Вам возможность быть первыми, кто работает с топологией в ECDSA. Это шанс не просто следовать за трендами, а задавать их. Шанс увидеть уязвимости, которые остаются невидимыми при традиционном анализе. Шанс создать стандарты безопасности следующего поколения, основанные не на эвристиках, а на строгой математической теории.

Да, некоторые могут назвать это преждевременным. Да, многим будет сложно принять, что безопасность криптографических систем можно оценивать через призму алгебраической топологии. Но именно так развиваются наука и технологии — через смелые шаги в неизведанное.

Вы можете всё это проверить, например на малом модуле, и будете приятно удивлены! Это будет тор! И все мои описания в написанных статьях подтвердятся! Достаточно взять небольшую эллиптическую кривую с малым порядком, сгенерировать несколько подписей и построить пространство (u_r, u_z) — вы увидите, что точки действительно образуют структуру тора, а любые отклонения от равномерного распределения будут указывать на конкретные уязвимости.

Не предлагаю отказаться от существующих методов анализа. Предлагаю расширить наш арсенал, добавив в него мощный инструмент, который позволяет видеть то, что раньше оставалось скрытым. TVI Score, числа Бетти, анализ персистентных гомологий — это не абстрактная математика, а практические метрики, которые уже сейчас обнаруживают уязвимости в реальных системах.

Публикуя это сейчас, я даю сообществу возможность развивать эту область вместе со мной. Приглашаю криптографов, математиков и разработчиков присоединиться к созданию новой парадигмы безопасности. Вместе мы можем превратить топологический анализ ECDSA из новаторской идеи в стандартную практику, которая защитит миллионы кошельков и систем по всему миру.

Это не просто публикация — это приглашение к сотрудничеству в создании будущего криптографической безопасности. Присоединяйтесь. Первые шаги уже сделаны. Остальное — за нами.

** И самое важное! Безопасный кошелек — это кошелек без транзакций и раскрытия публичного ключа!