Ali lahko kvantno računalništvo zlomi Bitcoin?

Naj začnem ta del z izjavo o omejitvi odgovornosti. Nimam niti blizu dovolj velikih možganov, da bi se približal razumevanju, kaj je kvantno računalništvo.

Ob tem sem zelo radoveden glede njegovega možnega vpliva na Bitcoin in posledično je to nekaj, kar sem nedavno v svojem prostem času raziskoval nekaj časa. Saj veste, "za zabavo". Po pravici povedano, v začetku tega meseca sem preživel pol dneva na letališču, kaj naj torej storim, da bi ubil čas?

Iščete hitre novice, nasvete in tržne analize? Danes se prijavite za glasilo Invezz.

Mislil sem, da bi sestavil del, ki bi poskušal povzeti svoje raziskave in razložiti, kaj je kvantno računalništvo, pa tudi njegove posledice za Bitcoin, na preprost način, tako da lahko drugi običajni ljudje, kot sem jaz – nečudoviti znanstveniki, če hočete – razumeti. Tukaj sem našel.

Kaj je kvantno računalništvo?

Kvantno računalništvo se hitro razvija tehnologija ki se opira na kvantno mehaniko za reševanje problemov, ki so preveč napredni za "normalne" računalnike. Ukvarja se z medsebojnim delovanjem in gibanjem subatomskih delcev in se je razvilo do mesta, ki si ga večina znanstvenikov še pred nekaj leti ni mogla predstavljati.

V bistvu pomislite na super-zmogljive računalnike, ki so sposobni rešiti izjemno težke matematične in kriptografske uganke mnogoyyyy hitreje kot današnji klasični računalniki. Namig namig.

Kaj ima to opraviti z Bitcoinom?

Bitcoin temelji na nečem, kar se imenuje asimetrična kriptografija. To pomeni, da deluje po principu, imenovanem "enosmerna funkcija". Vsaka Bitcoin denarnica ima dva pomembna vidika: zasebni in javni ključ. Če imate zasebni ključ, lahko preprosto izpeljete javni ključ. Vendar – in to je ključni del – obratno ne drži, torej če imate javni ključ nekoga, ne morete izpeljati njegovega zasebnega ključa. Torej "enosmerna funkcija".

To je smiselno. Očitno bi bil bitcoin neuporaben, če bi lahko izvlekli nečiji javni ključ (ki je večinoma na voljo vsem za ogled na spletu) in iz tega izpeljali njegov zasebni ključ ter tako pridobili dostop do njegove denarnice. Z današnjimi računalniki tega ni mogoče storiti, ker bi morali presejati astronomsko število izračunov, da bi razbili, kaj je zasebni ključ.

Stopite v kvantne računalnike. Pomislite na kvantni računalnik, kot so možgani Alberta Einsteina, in običajen računalnik, kot so moji bedni možgani. Stvari, ki so zame popolnoma neizvedljive, so v okviru možnosti za gospoda Einsteina. In v tej analogiji lahko Einstein vdre v zasebni ključ.

Mnogi mislijo, da je neizogibno, da kvantni računalniki napredujejo do te točke. Če pogledamo njihov napredek v zadnjih letih, bi težko stavili proti temu. Na primer, leta 2019, google je v članku (ki so ga raziskovalci nestrpno pričakovali) trdil, da je razvil posebej napreden kvantni računalnik. Ta računalnik je bil sposoben izvesti izračun v 200 sekundah, kar bi današnjemu najnaprednejšemu klasičnemu računalniku, znanemu kot Summit, vzelo približno 10,000 let.

Pri Bitcoinu mora pošiljatelj za pošiljanje bitcoinov z enega naslova na drugega potrditi, da je lastnik (javnega) naslova, kjer so shranjena sredstva. Da bi to naredili, morajo zagotoviti digitalni podpis v obliki svojega zasebnega ključa, da dokažejo, da so sredstva na tem naslovu njihova. S kvantnim računalnikom zadostne moči lahko nekdo, ki ima vaš javni ključ, razbije kodo in pridobi vaš zasebni ključ, s čimer pridobi moč za ponarejanje podpisa in pometanje vseh vaših bitcoinov. Šok in groza! Klicaj!

Toda počakajte – to ne pomeni, da bodo bitcoin denarnice kmalu vlomljene. Vsaj ne vsi.

Ali bodo kvantni računalniki razbili Bitcoin?

Bitcoin naslove lahko za namen, ki ga obravnavamo tukaj, razdelimo v dve kategoriji. To se bo na začetku slišalo nekoliko zapleteno, vendar potrpite z mano – ne pozabite, tudi jaz ne prihajam iz računalništva, zato bom ostal preprost in povezal vse skupaj.

Prva od dveh kategorij naslovov Bitcoin se imenuje »plačaj na javni ključ« (p2pk). To je bila vrsta naslova OG in zato večina naslovov iz tistega dne spada v to kategorijo. To vključuje vaše bitcoine, gospod ali gospa Nakamoto – a več o posledicah Satoshija kasneje.

Ti naslovi p2pk so ranljivi, ko gre za potencialno prihodnost, ki vključuje kvantne računalnike. Javni ključ je mogoče pridobiti neposredno iz naslova denarnice in ker gre za verigo blokov, so vsi naslovi vidni vsem na svetu.

Na primer, ta je genesis bitcoin naslov Bitcoina, prvi naslov, ki je bil kdaj ustvarjen. Satoshi Nakamoto – kjerkoli že si, veliki fant – je 50. januarja prejel 3 bitcoinov kot nagrado za rudarjenje^rd 2009. 50 bitcoinov od takrat ni nikoli zapustilo naslova. In vsak lahko razbere javni ključ tega naslova.

(Oh, kot zabavno stransko opombo, kot lahko vidite spodaj, je na tem naslovu 68 bitcoinov, kljub dejstvu, da je Satoshi z rudarjenjem zaslužil samo 50 bitcoinov. To je zato, ker so ljudje vsa leta pošiljali bitcoine na naslov, da bi pokazali svojo hvaležnost za to, kar je naredil Satoshi).

Satoshi je dejansko rudaril več kot 22,000 bitcoin blokov z vsakič ustvarjenim novim naslovom, ker je želel ostati čim bolj anonimen. S 50 bitcoini na vsakem od teh naslovov (spet nobeden se ni nikoli premaknil – cesar z diamantno roko) obstaja približno 1 milijon bitcoinov, ki naj bi pripadali Satoshiju.

A vseeno, nazaj k bistvu. To so očitno prvi bitcoin naslovi in ​​zato spadajo v kategorijo p2pk. To pomeni, da javno vidni naslovi, na primer naslov geneze, kot je prikazan zgoraj – 1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa – vsi imajo svoje javne ključe, ki jih lahko pridobi kdorkoli na svetu.

In ko bo prišel kvantni računalnik, bo lahko razbil zasebni ključ teh naslovov iz teh razpoložljivih javnih ključev in pobral vse bitcoine. Bistvena ugotovitev tega razdelka je, da bi lahko kvantni računalnik ogrozil naslov Bitcoin, najprej mora imeti dostopen javni ključ.

Ali so vsi naslovi dovzetni za vdor s kvantnimi računalniki?

Na srečo ne spadajo vsi naslovi v to kategorijo. Druga kategorija je novejša vrsta naslova, imenovana "razpršitev javnega ključa plačila" (p2pkh). Za te naslove javnega ključa ni mogoče pridobiti z naslova. Namesto tega se javni ključ razkrije svetu šele, ko se izvede transakcija s pošiljanjem sredstev iz te denarnice.

To pomeni, da ti naslovi niso dostopni za kvantne računalnike dokler uporabnik pošlje sredstva iz te denarnice. Po tem so enaki kot Satoshijevi zgornji naslovi p2pk – njihovi javni ključi so vidni svetu in so ranljivi za kvantne računalnike.

Zato puristi spodbujajo ponovno uporabo naslovov Bitcoin. Če želimo biti čim bolj varni, ne bi smeli nikoli ponovno uporabiti istega naslova – vendar mnogi tega nasveta ne upoštevajo.

Koliko naslovov Bitcoin lahko torej vdrejo kvantni računalniki?

Če povzamem prejšnji razdelek, sta dve vrsti bitcoin naslovov ranljivi za kvantno računalništvo. Prvi so naslovi stare šole p2pk, kot je Satoshijev. Drugi so ponovno uporabljeni naslovi p2pkh.

Deloitte objavljeno analizo, ki ocenjuje število naslovov, ki spadajo v te kategorije. Spodnji graf povzema njihove ugotovitve.

Kaže, da so v prvih letih prevladovali naslovi stare šole p2pk. Varnejši naslovi p2pkh so prišli na splet leta 2010 in so kmalu postali prevladujoča vrsta naslovov. Ključni zaključek je, da se zdi, da je število kovancev, vsebovanih v naslovih p2pk stare šole, ostalo nespremenjeno pri približno 2 milijonih bitcoinov (9.5 % končne ponudbe 21 milijonov bitcoinov, od katerih naj bi več kot polovica pripadala Satoshiju). ).

Mislim, da je pošteno sklepati na podlagi stagnirajočih 2 milijonov kovancev na naslovih p2pk (modra črta), da jih je mogoče pripisati zgodnjim prevzemajočim rudarjem, ki nikoli niso prodali, veliko pa je verjetno izgubljenih kovancev (ponovno, polovica teh je Satoshijevih). .

Še bolj zanimivi so ponovno uporabljeni naslovi p2pkh (vijolična črta), druga kategorija, ranljiva za kvantne računalnike. Po povečanju med letoma 2010 in 2014 se je od takrat zmanjšalo in zdaj znaša približno 2.5 milijona kovancev.

To pomeni, da je skupno med 4 in 4.5 milijona kovancev (rdeča pikčasta črta v grafu) ranljivih za kvantne računalnike (2 milijona iz naslovov stare šole p2pk in 2.5 milijona iz ponovno uporabljenih naslovov p2pkh). To je več kot 20 % končne ponudbe.

Kako lahko zmanjšate tveganje kraje bitcoinov?

Obstaja ena vrsta naslovov, ki je varna: naslovi p2pkh, ki še nikoli niso bili uporabljeni za pošiljanje bitcoinov drugam. Na drugi strani pa so naslov p2pkh, ki je prej poslal bitcoine drugam, kot tudi naslovi p2pk (ne glede na to, ali so poslali bitcoine ali ne), ranljivi.

Torej, da bi zaščitili svoje bitcoine, jih je treba poslati na nov naslov p2pkh. To je glavni argument proti grožnji kvantnega računalništva za Bitcoin. Verniki pravijo, da je mogoče bitcoine preprosto prenesti na nove naslove p2pkh in so zato neprebojni. Pravilni so.

Vendar obstaja ulov. Če ste izgubili zasebne ključe svojega naslova, ne morete dostopati do teh bitcoinov in jih zato ni mogoče premakniti. To pomeni, da bodo hekerji brezplačno izbirali, ko bodo kvantni računalniki prišli na splet.

Medtem ko je študija Deloitte ocenila število naslovov Bitcoin, ki bi bili ranljivi, če bi kvantni računalniki danes prišli na splet (21 %), je morda bolj primerno vprašanje, koliko bitcoinov bo vedno ranljiva za grožnjo kvantnih računalnikov. Ker ne glede na to številko je ključna, ki predstavlja sistemsko tveganje za omrežje Bitcoin na splošno.

Ali obstaja sistemsko tveganje za Bitcoin?

Recimo, da se Albert Einstein iz 21. stoletja jutri zbudi in nenadoma dobi kvantni računalnik. Mali Albert Junior pobere več kot 20 % celotne ponudbe bitcoinov. Kaj se zgodi potem?

Očitno bo cena padla. Prvič, ponudba se bistveno poveča, saj so vsi izgubljeni kovanci, vključno s 5 %, ki naj bi pripadali Satoshiju, zdaj spet v obtoku. Toda cena bo padla zaradi več kot le preproste prilagoditve na strani ponudbe.

Kje pristane cena, lahko kdo ugiba, vendar menim, da gre blizu ničle. Kako prepričati ljudi, da ima bitcoin – ki se za vedno trži kot najtežja oblika denarja, kar jih je kdaj obstajalo – en ogromen ulov?

Argument nato postane: »V redu, vsi smo mislili, da je to najtežji denar, kar jih je bilo, čeprav je bila tehnologija pomanjkljiva in so se računalniki razvili do te mere, da so jo zlomili, zdaj pa obljubljamo, da je spet varno in da je tehnologija ne bo nikoli več zlomila. ”.

Koliko ljudi bo uporabljalo Bitcoin v tem scenariju? Ali lahko predvidevate, da ga ima katera koli družba S&P 500 v svoji bilanci? Ali ga je še kakšna država razglasila za zakonito plačilno sredstvo? Kateri pokojninski skladi vlagajo vanj? Ne gre samo za 20 % ponudbe, pošel bi celoten nastop. Bilo bi konec.

Zato je treba zmanjšati ranljive bitcoine za 20 %. Na srečo ni pričakovati, da bo Albert Einstein Jr imel svoj super računalnik na spletu do jutri.

Zakaj vsi preprosto ne prenesejo na (neprehodne) nove naslove p2pkh?

To je rešitev. Toda kot sem rekel, obstajajo denarnice, ki vsebujejo bitcoine, za katere so njihovi uporabniki izgubili zasebne ključe, ali so mrtvi, ali iz različnih drugih razlogov. Teh bitcoinov ni mogoče premakniti. Če je Satoshi mrtev, na primer, njegovi ali njeni kovanci ne bodo premaknjeni, dokler ne bo razvit kvantni računalnik z zadostno močjo.

To je vodilo strokovnjaka za tehnologijo blockchain Andreasa Antolopoulosa, da je izjavil naslednje:

Ko se bodo Satoshijevi kovanci premaknili, bomo vedeli, kdaj bo kvantno računalništvo obstajalo

Ko se bodo Satoshijevi kovanci premaknili, bomo vedeli, kdaj bo kvantno računalništvo obstajalo

Andreas Antolopoulos

Vendar še ni vse izgubljeno. Na srečo obstaja rešitev za to, upajmo, hipotetično, a v resnici, en dan, ne hipotetično vprašanje. Ta rešitev je, da znotraj skupnosti bitcoinov pripravijo načrt, s katerim bodo ljudi prisilili, da premaknejo svoje bitcoine na naslove, ki niso ranljivi. Deloitte predlaga, da bi takšen načrt lahko orisal, da "po vnaprej določenem obdobju (času, ki ljudem omogoča, da premaknejo svoje bitcoine na varne naslove), bi kovanci na nevarnih naslovih postali neuporabni (tehnično to pomeni, da bodo rudarji prezrli transakcije, ki prihajajo s teh naslovov) ”.

To bi bilo po vsej verjetnosti izjemno neurejeno in razdiralno vprašanje. Poskus doseči soglasje znotraj skupnosti bi bil nočna mora in spominja me na zloglasno obdobje državljanske vojne znotraj skupnosti Bitcoin leta 2017, ki je privedlo do »hard forka« in nastanka Bitcoin Cash.

Ali je Bitcoin zagotovo varen, če se prenese na "neprehodne" naslove?

Hmm. No, obstaja še ena težava. Ko je transakcija sprejeta za pošiljanje sredstev iz denarnice, postane javni ključ na voljo. To pomeni, da lahko kvantni računalnik vdre v zasebni ključ.

Vendar pa obstaja zamuda med časom, ko je transakcija sprožena, in ko je potrjena rudarji. Bitcoin bloki se rudarijo vsakih deset minut, kar pomeni, da obstaja okno, kjer je javni ključ na voljo, vendar sredstva še niso bila prenesena iz denarnice.

Torej, če bi lahko napadalec pridobil zasebni ključ od javnega ključa v tem časovnem obdobju in nato izvedel lastno transakcijo, s katero bi poslal te iste bitcoine, ki jih poskušate poslati, vendar na drug naslov, in plačal višjo provizijo za rudarjenje pridobili prednost v čakalni vrsti, bi bili bitcoini lahko ukradeni.

Torej, če kvantni računalnik kdaj pride do točke, ko lahko razbije zasebni ključ v manj kot desetih minutah – in to tukaj postaja vse bolj mitsko ozemlje, moram opozoriti – potem so vse stave izključene in teoretično vsaka transakcija, opravljena na omrežje bi lahko vdrli.  

Tu se bom priklonil Deloittu, ki dobro povzame to vprašanje:

Trenutne znanstvene ocene predvidevajo, da bo kvantni računalnik potreboval približno 8 ur za zlom ključa RSA, nekateri posebni izračuni pa predvidevajo, da bi lahko prišlo do vdora v podpis Bitcoin v 30 minutah

To pomeni, da bi moral biti Bitcoin načeloma odporen na kvantne napade (dokler naslovov ne uporabljate znova). Ker pa je področje kvantnih računalnikov še v povojih, ni jasno, kako hiter bo takšen kvantni računalnik postal v prihodnosti.

Če se bo kvantni računalnik kdaj približal meji 10 minut, da iz svojega javnega ključa izpelje zasebni ključ, bo veriga blokov Bitcoin sama po sebi prekinjena.

Itan Barmes & Bram Bosch, Deloitte

zaključek

Dokazi kažejo, da je bitcoin varen več let.

Dokazi kažejo tudi na svet v prihodnosti, kjer bodo obstajali kvantni računalniki in bo Bitcoin sčasoma ranljiv. Tudi v primeru, ko se to zgodi, bi lahko omrežje Bitcoin izničilo grožnjo z izvedbo mehkega forka in selitvijo v omrežje s kvantno varno metodo šifriranja.

Težava v tem primeru (sovražim biti nosilec več slabih novic) je, da bi to verjetno povzročilo resne težave z razširljivostjo, s čimer se omrežje že spopada.

Za zaključek je pomembno, v katero smer gre tehnologija – tako s kvantnim računalništvom kot z bitcoini. Tehnologija se razvija z bliskovito hitrostjo. Primer tega je prav ta razprava, ki bi bila pred 20 leti nesmiselna, tako v zvezi z neizogibnostjo kvantnih računalnikov kot tudi v zvezi z obstojem digitalne valute in nečesa, kar se imenuje "blockchain".

Opraviti je treba več raziskav in nadaljnjega razvoja na strani bitcoina, da bi zagotovili njegovo prihodnost pred grožnjo kvantnega računalništva. Skupnost je prehodila dolgo pot in Bitcoin se razvija, kljub trditvam mnogih nasprotnikov, tako da je to zelo možno.

Svet, v katerem Bitcoin prehaja na mehanizem postkvantne kriptografije, ni nič bolj nesmiseln kot svet, v katerem obstajajo kvantni računalniki, ki lahko vdrejo v zasebne ključe. Samo upati moramo, da prvi pride prvi.

Hvala, ker ste prebrali moj poskus poenostavitve tega neverjetno zapletenega in špekulativnega vprašanja, in če imate kakršne koli komentarje ali povratne informacije (celo sovražno pošto!), se lahko obrnete name na Twitterju na @DanniiAshmore ali @InvezzPortal