Kvantno računalništvo za izvajanje ekonomskih modelov pri sprejemanju kriptovalut

Po mnogih pogledih se kvantno računalništvo (QC), ki uporablja atomski "spin" namesto električnega naboja za predstavljanje svojih binarnih 1 in 0, razvija eksponentno. Če bi se QC kdaj uresničil v velikem obsegu, bi to lahko bilo dobro za človeško družbo, saj bi med drugimi prednostmi pomagalo izboljšati pridelke, oblikovati boljša zdravila in izdelati varnejša letala. 

Tudi kriptosektor bi lahko pridobil. Samo prejšnji teden je na primer projekt, ki ga je naročila Bank of Canada, simuliral sprejetje kriptovalute med kanadskimi finančnimi organizacijami. z uporabo kvantnega računalništva. 

"Želeli smo preizkusiti moč kvantnega računalništva na raziskovalnem primeru, ki ga je težko rešiti z uporabo klasičnih računalniških tehnik," je v sporočilu za javnost povedala Maryam Haghighi, direktorica podatkovne znanosti pri Bank of Canada. 

Toda drugi so zaskrbljeni, da bi kvantno računalništvo, glede na njegovo izjemno moč "surove sile", lahko zlomilo tudi kriptografsko strukturo blockchaina, ki je služila Bitcoinu (BTC) tako dobro od svojega začetka. Nekateri pravijo, da je le vprašanje časa, kdaj bodo kvantni računalniki lahko prepoznali ogromna praštevila, ki so ključni sestavni deli zasebnega ključa BTC – ob predpostavki, da ne bodo razviti protiukrepi. 

V skladu s tem je nedavno objavljen članek izračuna koliko kvantne moči bi bilo potrebno za podvajanje zasebnega ključa BTC, to je "število fizičnih kubitov, potrebnih za prekinitev 256-bitne eliptične krivulje šifriranja ključev v omrežju Bitcoin," kot pojasnjujejo avtorji članka, ki so povezan z Univerzo v Sussexu. 

Nedvomno to ne bo lahka naloga. Bitcoinov algoritem, ki pretvori javne ključe v zasebne ključe, je "enosmerni", kar pomeni, da je javni ključ enostavno ustvariti iz zasebnega ključa, vendar je skoraj nemogoče izpeljati zasebni ključ iz javnega ključa z uporabo sodobnih računalnikov. 

Poleg tega bi bilo treba vse to narediti v približno 10 minutah, povprečnem času, v katerem je javni ključ izpostavljen ali ranljiv v omrežju Bitcoin. Prav tako predvideva, da je javni ključ identičen naslovu BTC, kot je bilo večina v prvih dneh Bitcoina, preden je postala običajna praksa, da se algoritem KECCAK uporablja za "haširanje" javnih ključev za ustvarjanje naslovov BTC. Ocenjuje se, da približno ena četrtina obstoječih Bitcoin uporablja nezgoščene javne ključe.

Glede na te omejitve avtorji ocenjujejo, da bi bilo potrebnih 1.9 milijarde kubitov za prodor v en sam zasebni ključ Bitcoin v 10 minutah. Kubiti ali kvantni biti so analogni »bitom« v klasičnem računalništva. Za primerjavo, večina današnjih proto-QC računalnikov lahko prikliče 50–100 kubitov, čeprav lahko IBM-ov najsodobnejši kvantni procesor Eagle upravlja 127 kubitov. 

Povedano drugače, to je 127 kubitov proti 1.9 milijarde, potrebnih za razbijanje varnosti Bitcoina z uporabo obsežnega ujetega ionskega kvantnega računalnika, kot je predlagano v prispevku AVS Quantum Science.

Mark Webber, kvantni arhitekt pri Universal Quantum, odcepljenem podjetju Univerze v Sussexu, in glavni avtor prispevka, je dejal, "Naša ocenjena zahteva […] kaže, da bi bilo treba Bitcoin za zdaj obravnavati kot varnega pred kvantnim napadom, vendar se tehnologije kvantnega računalništva hitro širijo z rednimi preboji, ki vplivajo na takšne ocene in jih naredijo zelo možen scenarij v naslednjih 10 letih." 

Je grožnja resnična?

Ali bi lahko bila Bitcoinova varnost res razbita? "Mislim, da bi kvantni računalniki lahko zlomili kriptovaluto," je za Cointelegraph povedal Takaya Miyano, profesor strojništva na japonski univerzi Ritsumeikan, "čeprav ne čez nekaj let, ampak čez 10-20 let."

Miyano je pred kratkim vodil ekipo, ki je razvila tokovno šifro, ki temelji na kaosu, zasnovano tako, da prenese napade obsežnih kvantnih računalnikov.

David Chaum, ki je lani pisal za Cointelegraph, je sprožil tudi alarm - ne samo za kripto ampak tudi za širšo družbo:

»Morda najbolj grozljivo za družbo, ki je tako odvisna od interneta, računalništvo na kvantni ravni ogroža vse naše digitalne infrastrukture. Naš sodobni internet je zgrajen na kriptografiji⁠ – uporabi kod in ključev za varovanje zasebne komunikacije in shranjevanja podatkov.”

Medtem pa za kriptovalute, kot sta Bitcoin in Ether (ETH), "za katere je ta koncept temeljni, bi lahko en dovolj zmogljiv kvantni računalnik pomenil krajo milijard dolarjev vrednosti ali popolno uničenje celotne verige blokov," je nadaljeval Chaum.

Obstaja več kot 4 milijone BTC, ki so "potencialno ranljivi za kvantni napad," svetovalna družba Deloitte ocene, številka, ki obsega lastnike, ki uporabljajo nezgoščene javne ključe ali ponovno uporabljajo naslove BTC, še ena nespametna praksa. Po trenutnih tržnih cenah je to tvegano približno 171 milijard dolarjev. 

Zadnje: Ali asimetrične informacije povzročajo divje nihanje cen kriptovalut?

"Osebno menim, da trenutno ne moremo narediti dobre ocene" časa, ki bo potreben, preden bodo kvantni računalniki lahko razbili šifriranje BTC, Itan Barmes, vodja kvantne varnosti pri Deloitte Nizozemska in sodelavec projekta na Svetovnem gospodarskem forumu, povedal Cointelegraphu. Toda mnogi strokovnjaki danes ocenjujejo 10-15 let, je dejal. Mnoge od teh ocen so tudi za zlom šifriranja brez časovnih omejitev. Težje bo narediti vse v 10 minutah.

Tudi druge kriptovalute, ne samo Bitcoin, bi lahko bile ranljive, vključno s tistimi z mehanizmi za preverjanje vložka (PoS); Bitcoin uporablja protokol za dokaz o delu (PoW). "Če protokol veriženja blokov dovolj dolgo razkrije javne ključe, samodejno postane ranljiv zaradi kvantnih napadov," je za Cointelegraph povedal Marek Narozniak, fizik in član skupine za kvantne raziskave Tima Byrnesa na Univerzi v New Yorku. "To bi lahko napadalcem omogočilo ponarejanje transakcij ali lažno predstavljanje identitete proizvajalcev blokov za sisteme PoS." 

Čas za pripravo

Zdi se, da ima kriptoindustrija morda približno desetletje, da se pripravi na morebitni napad QC, in to je ključnega pomena. Narozniak je opozoril:

"Časa je več kot dovolj za razvoj kvantno varnih kriptografskih standardov in izdelavo ustreznih razdelkov za trenutno uporabljene protokole blockchain."

Na vprašanje, ali je prepričan, da bo postkvantna kriptografija razvita pravočasno, da bi preprečila hekerje, preden bo prekinjena 10-minutna ovira, se je Deloittov Barmes skliceval na novejši dokument, ki ga je v soavtorstvu o kvantnih tveganjih za blockchain Ethereum, ki opisuje dve vrsti napadov: napad na shranjevanje in napad tranzita. Prva »je manj zapletena za izvedbo, vendar za obrambo pred njo ni nujno, da zamenjate kriptografski algoritem«. Po drugi strani je Cointelegraphu povedal:

»Tranzitni napad je veliko težje izvesti in pred njim se je tudi veliko težje zaščititi. Obstaja nekaj kandidatnih algoritmov, za katere se domneva, da so odporni na kvantne napade. Vendar pa imajo vsi pomanjkljivosti glede zmogljivosti, ki lahko škodijo uporabnosti in razširljivosti verige blokov."

Tekma z roko?

Zdi se, da je to, kar se na tem področju odvija, nekakšna oborožitvena tekma – ko bodo računalniki postali močnejši, bo treba razviti obrambne algoritme, da se soočimo z grožnjo. 

"Ta splošni vzorec za nas res ni nič novega," je dejal Narozniak. "To vidimo tudi v drugih panogah." Uvajajo se inovacije, drugi pa jih poskušajo ukrasti, zato se razvijejo mehanizmi za zaščito pred piratstvom, ki izzovejo še bolj spretne kraje. 

"Kaj naredi ta primer kvantno varne kriptografije nekoliko drugačen, je to, da kvantni algoritmi nalagajo bolj drastično spremembo. Navsezadnje te naprave temeljijo na drugačni fiziki in za določene probleme ponujajo različno računsko kompleksnost,« je dodal Narozniak.

Pravzaprav QC uporablja nenavadno kakovost kvantne mehanike, pri kateri je lahko elektron ali atomski delec v dveh stanjih hkrati. V klasičnem računalništvu električni naboj predstavlja informacijo kot 0 ali 1 in je fiksna, pri kvantnem računanju pa je atomski delec lahko tako 0 kot 1 ali 1 in 1 ali 0 in a. 0 itd. Če je mogoče izkoristiti to edinstveno kakovost, bo računalniška moč mnogokrat eksplodirala in razvoj QC, povezan s Shorovim algoritmom – prvič opisan leta 1994 kot teoretična možnost, ki pa bo kmalu postala obsežna realnost, mnogi verjamejo – prav tako ogroža razbiti šifriranje RSA, ki se uporablja v večini interneta, vključno s spletnimi mesti in e-pošto. 

"Da, to je zelo težka in vznemirljiva orožna dirka," je Miyano povedal za Cointelegraph. »Napadi – vključno s stranskimi napadi – na kriptosisteme postajajo čedalje močnejši zaradi napredka v računalnikih in matematičnih algoritmih, ki se izvajajo na strojih. Vsak kriptosistem bi se lahko nenadoma pokvaril zaradi pojava neverjetno močnega algoritma."

Simulacija finančnih odnosov 

Ni pa nujno predvidevati, da bo vpliv kvantnega računalništva na kripto sektor popolnoma škodljiv. Samuel Mugel, glavni tehnološki direktor v podjetju Multiverse Computing, ki je vodilo zgoraj omenjeni program pri Bank of Canada, je pojasnil, da so v pilotnem projektu lahko simulirali mrežo finančnih razmerij, v katerih so bile odločitve, ki bi jih lahko sprejelo eno podjetje. zelo odvisen od odločitev drugih podjetij, pri čemer Cointelegraphu dodatno pojasnjuje:

»Omrežja teorije iger, kot je ta, je za običajne superračunalnike zelo težko rešiti, ker je bolj optimalno vedenje lahko spregledano. Kvantni računalniki imajo načine za učinkovitejše reševanje tovrstnih težav."

Naprave, ki temeljijo na kvantni mehaniki, potencialno ponujajo druge edinstvene možnosti, je dodal Narozniak: "Na primer, za razliko od klasičnih stanj, kvantnih stanj ni mogoče kopirati. Če bi bili digitalni žetoni predstavljeni z uporabo kvantnih stanj, bi jih izrek brez kloniranja samodejno zaščitil pred dvojno porabo."

Zadnje: Kripto se v državah, ki so zagretene za inflacijo, obravnavajo kot "prihodnost denarja".

Kvantno prepletenost bi lahko uporabili tudi za zavarovanje kvantnih pametnih pogodb, je dejal Narozniak. "Žetoni bi se lahko zapletli med izvajanjem pogodbe, zaradi česar sta obe strani občutljivi na morebitno izgubo, če pametna pogodba ne bo izvedena, kot je bilo dogovorjeno."

Razvoj postkvantne kriptografije

Skratka, grožnja kriptovalute zaradi kvantnega računalništva se zdi resnična, vendar bi bila potrebna ogromna moč za kršitev osnovne kriptografije kriptografije, hekerji pa bi morali delovati tudi pod strogimi časovnimi omejitvami – imeli bi le 10 minut za prodor v zasebni ključ BTC, na primer. Vsaj desetletje je tudi resničnost razbitja šifriranja eliptične krivulje Bitcoina z uporabo kvantnega računalništva. Toda industrija mora zdaj začeti razvijati odvračilna sredstva. "Rekel bi, da bi morali biti pravočasno pripravljeni, vendar moramo začeti resno delati na tem," je dejal Barmes.

Pravzaprav se veliko raziskav zdaj izvaja »v postkvantni kripto,« je za Cointelegraph povedala Dawn Song, profesorica na oddelku za računalništvo na kalifornijski univerzi Berkeley in dodala:

"Pomembno je, da razvijemo kvantno odporno ali postkvantno kriptografijo, tako da imamo pripravljene alternative, ko so kvantni računalniki v resnici dovolj zmogljivi."