💬 Квантовые вычисления для запуска экономических моделей внедрения криптовалюты

Квантовые вычисления для запуска экономических моделей внедрения криптовалюты

По многим оценкам, квантовые вычисления (КК), в которых для представления двоичных единиц и нулей используется атомный «спин» вместо электрического заряда, развиваются экспоненциально. Если контроль качества когда-либо будет реализован в больших масштабах, это может стать благом для человечества, помогая повысить урожайность, разрабатывать лучшие лекарства и проектировать более безопасные самолеты, а также получать другие преимущества.

Криптовалютный сектор тоже может получить прибыль. Буквально на прошлой неделе, например, проект по заказу Банка Канады смоделировал принятие криптовалюты канадскими финансовыми организациями с использованием квантовых вычислений.

"Мы хотели проверить возможности квантовых вычислений на примере исследования, которое трудно решить с помощью классических вычислительных методов, – – заявила в пресс-релизе Марьям Хагиги, директор отдела обработки данных в Банке Канады.

Но другие опасаются, что квантовые вычисления, учитывая их невероятную мощь «грубой силы», могут также взломать криптографическую структуру блокчейна, которая так хорошо служила Биткойну (BTC) с момента его создания. Действительно, некоторые говорят, что квантовые компьютеры смогут идентифицировать огромные простые числа, которые являются ключевыми составляющими закрытого ключа BTC, — это только вопрос времени, если не будут разработаны меры противодействия.

В соответствии с этим недавно опубликованная статья подсчитала, сколько квантовой мощности потребуется для дублирования закрытого ключа BTC, т. е. «количество физических кубитов, необходимых для взлома 256-битного шифрования ключей по эллиптической сеть», как объясняют авторы статьи, связанные с Университетом Сассекса.

Конечно, это будет непростая задача. Алгоритм Биткойна, который преобразует открытые ключи в закрытые ключи, является «односторонним», что означает, что легко сгенерировать открытый ключ из закрытого ключа, но практически невозможно получить закрытый ключ из открытого ключа с помощью современных компьютеров.

Кроме того, все это нужно будет сделать примерно за 10 минут — среднее время, в течение которого открытый ключ раскрывается или становится уязвимым в сети Биткойн. Он также предполагает, что открытый ключ идентичен адресу BTC, как это было в большинстве случаев на заре существования Биткойна, прежде чем стало обычной практикой использовать алгоритм KECCAK для «хеширования» открытых ключей для генерации адресов BTC. По оценкам, около четверти существующих биткойнов используют нехэшированные открытые ключи.

Учитывая эти ограничения, авторы подсчитали, что для взлома одного закрытого ключа Биткойн в течение 10 минут потребуется 1,9 миллиарда кубитов. Кубиты, или квантовые биты, являются аналогом «битов» в классических вычислениях. Для сравнения, большинство современных компьютеров для контроля качества могут обрабатывать от 50 до 100 кубитов, хотя современный квантовый процессор IBM Eagle может обрабатывать 127 кубитов.

Иными словами, это 127 кубитов против 1,9 миллиарда, необходимых для взлома системы безопасности Биткойна с помощью крупномасштабного квантового компьютера с захваченными ионами, как это предлагается в статье AVS Quantum Science.

Марк Уэббер, квантовый архитектор в Universal Quantum, дочерней фирме Университета Сассекса, и ведущий автор статьи, сказал: «Наши предполагаемые требования [...] предполагают, что Биткойн следует считать защищенным от квантовой атаки на данный момент. , но технологии квантовых вычислений быстро масштабируются, и регулярные прорывы влияют на такие оценки и делают их очень вероятным сценарием в течение следующих 10 лет».

Реальна ли угроза?

Может ли безопасность Биткойна действительно быть взломана? «Я думаю, что квантовые компьютеры могут сломать криптовалюту, — сказал Cointelegraph Такая Мияно, профессор машиностроения в японском университете Рицумейкан, — хотя не через несколько лет, а через 10–20 лет».

Мияно недавно возглавил группу, которая разработала основанный на хаосе потоковый шифр, предназначенный для защиты от атак крупномасштабных квантовых компьютеров.

Дэвид Чаум, писавший в прошлом году для Cointelegraph, также забил тревогу — не только для криптовалюты, но и для общества в целом:

«Возможно, самое страшное для общества, столь зависимого от Интернета, квантовые вычисления ставят под угрозу всю нашу цифровую инфраструктуру. Наш современный Интернет построен на криптографии⁠ — использовании кодов и ключей для защиты конфиденциального общения и хранения данных».

В то же время для таких криптовалют, как Биткойн и Эфир (ETH), «для которых эта концепция является фундаментальной, один достаточно мощный квантовый компьютер может означать кражу ценностей на миллиарды долларов или полное уничтожение всей цепочки блоков», — продолжил Чаум. .

По оценкам консалтинговой фирмы Deloitte, существует более 4 миллионов BTC, «потенциально уязвимых для квантовой атаки», и в их число входят владельцы, использующие нехешированные открытые ключи или повторно использующие адреса BTC, что является еще одной неразумной практикой. По текущим рыночным ценам это составляет около 171 млрд долларов США.

Недавние: вызывает ли асимметричная информация резкие колебания цен на криптовалюту?

«Лично я думаю, что в данный момент мы не можем дать правильную оценку» времени, которое потребуется, прежде чем квантовые компьютеры смогут взломать шифрование BTC, Итан Бармес, руководитель отдела квантовой безопасности в Deloitte в Нидерландах и научный сотрудник World Экономический форум, сообщил Cointelegraph. Но многие эксперты сегодня оценивают 10-15 лет, сказал он. Многие из этих оценок также относятся к взлому шифрования без временных ограничений. Сделать все это за 10 минут будет сложнее.

Другие криптовалюты, не только Биткойн, также могут быть уязвимы, в том числе с механизмами проверки Proof-of-Stake (PoS); Биткойн использует протокол доказательства работы (PoW). «Если протокол блокчейна раскрывает открытые ключи в течение достаточно долгого времени, он автоматически становится уязвимым для квантовых атак», — сказал Cointelegraph Марек Нарозняк, физик и член группы квантовых исследований Тима Бирнса в Нью-Йоркском университете. «Это может позволить злоумышленнику подделать транзакции или выдать себя за личность производителя блоков для PoS-систем».

Время подготовиться

Похоже, у криптоиндустрии может быть около десяти лет, чтобы подготовиться к потенциальному натиску контроля качества, и это очень важно. Нарозняк отметил:

«У нас более чем достаточно времени для разработки стандартов квантово-безопасной криптографии и разработки адекватных форков для используемых в настоящее время протоколов блокчейна».

Отвечая на вопрос, уверен ли он, что постквантовая криптография будет разработана вовремя, чтобы помешать хакерам до того, как будет преодолен 10-минутный барьер, Бармс из Deloitte сослался на более позднюю статью о квантовых рисках для блокчейна Ethereum, которую он написал в соавторстве. описывает два типа атак: атака хранилища и транзитная атака. Первый «менее сложен в исполнении, но для защиты от него не обязательно менять алгоритм шифрования». С другой стороны, он сказал Cointelegraph:

«Транзитную атаку гораздо сложнее выполнить, и от нее гораздо сложнее защититься. Есть несколько алгоритмов-кандидатов, которые считаются устойчивыми к квантовым атакам. Однако все они имеют недостатки в производительности, которые могут отрицательно сказаться на применимости и масштабируемости блокчейна».

Гонка вооружений?

То, что происходит в этой области, похоже на своего рода гонку вооружений: по мере того, как компьютеры становятся все более мощными, для противодействия угрозе необходимо разрабатывать защитные алгоритмы.

"В этой общей схеме нет ничего нового для нас, – – сказал Нарозняк. «Мы видим это и в других отраслях». Внедряются инновации, а другие пытаются их украсть, поэтому разрабатываются механизмы защиты от пиратства, которые провоцируют еще более хитрые устройства воровства.

«Что отличает этот случай квантово-безопасной криптографии, так это то, что квантовые алгоритмы вносят более радикальные изменения. Ведь эти устройства основаны на другой физике и для определенных задач предлагают разную вычислительную сложность», — добавил Нарозняк.

Действительно, QC использует сверхъестественное качество квантовой механики, согласно которому электрон или атомная частица могут находиться в двух состояниях одновременно. В классических вычислениях электрический заряд представляет информацию либо как 0, либо как 1, и это фиксировано, но в квантовых вычислениях атомная частица может быть как 0, так и 1, или 1 и 1, или 0 и а. 0 и т. д. Если это уникальное качество можно использовать, вычислительная мощность многократно возрастет, а разработка QC в сочетании с алгоритмом Шора — впервые описанная в 1994 году как теоретическая возможность, но, по мнению многих, вскоре ставшая широкомасштабной реальностью — также угрожает чтобы разрушить шифрование RSA, которое используется в большей части Интернета, включая веб-сайты и электронную почту.

«Да, это очень сложная и захватывающая гонка вооружений», — сказал Мияно Cointelegraph. «Атаки — в том числе атаки по сторонним каналам — на криптосистемы становятся все более и более мощными благодаря прогрессу в компьютерах и математических алгоритмах, работающих на машинах. Любая криптосистема может быть внезапно взломана из-за появления невероятно мощного алгоритма».

Моделирование финансовых отношений

Однако не следует предполагать, что влияние квантовых вычислений на крипто-сектор будет полностью пагубным. Сэмюэл Мугель, главный технический директор Multiverse Computing, фирмы, которая руководила упомянутой выше программой в Банке Канады, объяснил, что в пилотном проекте им удалось смоделировать сеть финансовых отношений, в которой решения, которые могла бы принять одна фирма, были сильно зависит от решений других фирм, далее объясняя Cointelegraph:

«Сети теории игр, подобные этой, очень трудно решить обычным суперкомпьютерам, потому что более оптимальное поведение может быть упущено из виду. У квантовых компьютеров есть способы более эффективно решать проблемы такого типа».

Устройства, основанные на квантовой механике, потенциально предлагают другие уникальные возможности, добавил Нарозняк: «Например, в отличие от классических состояний, квантовые состояния нельзя скопировать. Если бы цифровые токены были представлены с помощью квантовых состояний, теорема о запрете клонирования автоматически защитила бы их от двойного расходования».

Недавние: криптовалюта рассматривается как «будущее денег» в странах, страдающих от инфляции

Квантовая запутанность также может быть использована для защиты квантовых смарт-контрактов, сказал Нарозняк. «Токены могут быть запутаны во время выполнения контракта, что сделает обе стороны уязвимыми к возможной потере, если смарт-контракт не будет выполнен в соответствии с договоренностью».

Развитие постквантовой криптографии

В целом угроза криптовселенной со стороны квантовых вычислений кажется реальной, но для взлома лежащей в основе криптографии криптографии потребуется огромная мощность, а хакерам также придется работать в условиях жестких временных ограничений — у них есть всего 10 минут, чтобы проникнуть в BTC. закрытый ключ, например. Реальность взлома биткойнского шифрования на эллиптической кривой с помощью квантовых вычислений также наступит, по крайней мере, через десять лет. Но промышленность должна уже сейчас приступить к разработке средств сдерживания. «Я бы сказал, что мы должны быть готовы вовремя, но нам нужно начать серьезно над этим работать», — сказал Бармес.

На самом деле, в настоящее время проводится значительный объем исследований «постквантовой криптографии», — сказала Cointelegraph Доун Сонг, профессор кафедры компьютерных наук Калифорнийского университета в Беркли, добавив:

«Важно, чтобы мы разработали квантово-устойчивую или постквантовую криптографию, чтобы у нас были готовы альтернативы, когда квантовые компьютеры станут достаточно мощными в реальности».