Квантовые компьютеры являются потенциальной угрозой для криптовалют и блокчейн-сетей. Именно поэтому сообщение Google о квантовом компьютере вызвало множество разговоров в блокчейн- и крипто-среде. Возможно, эти компьютеры могут инициировать атаку на блокчейн-сеть или взломать код наших закрытых ключей. Однако на данный момент эти угрозы нереалистичны, и мир криптографии уже «выстраивает свою крепость».
Google претендует на квантовое превосходство
Исследователи из Google и NASA заявили о своем квантовом превосходстве. Они построили квантовый компьютер, способный выполнять вычислительную задачу, которая заняла бы у суперкомпьютера 10 тысяч лет. Квантовый компьютер под названием Sycamore сделал это в течение 3 минут. Несмотря на то, что в этих утверждениях есть некоторые противоречия, правда в том, что команда исследователей построила очень, очень мощный компьютер. Теперь, как это относится к блокчейну и криптовалютам?
Криптовалюты построены на технологии блокчейна. Чтобы блокчейн-сеть работала гладко, 51 процент сети должен работать с тем же намерением. Однако, когда хакеру удается претендовать на 51 процент от общей вычислительной мощности, он может контролировать сеть и создавать поддельные транзакции. Это называется «атакой 51%», и ей уже не раз подвергались сети на протяжении многих лет.
Если квантовый компьютер в тысячи раз сильнее обычного компьютера, то кажется вполне вероятным, что такой компьютер-монстр способен легко захватить блокчейн-сеть. Поэтому квантовые компьютеры являются потенциальной угрозой для криптовалют и существующих блокчейн-сетей, таких как Bitcoin, Ethereum, Litecoin и Dash.
Биткоину ничто не угрожает на данный момент
Сеть Биткоин строится с помощью миллионов узлов и майнеров по всему миру. Квантовый компьютер потенциально может начать атаку на сеть Биткоин. По словам разработчика Bitcoin Core Питера Тодда, нет необходимости беспокоиться, поскольку Sycamore от Google – это «примитивный тип квантового компьютера».
«Это ничего не значит, потому что квантовый прорыв Google рассчитан на примитивные квантовые вычисления, которые даже близко не способны решать криптографические задачи... мы до сих пор даже не знаем, можно ли масштабировать квантовые компьютеры; вполне возможно, что добавление qbits будет иметь экспоненциальную стоимость».
Питер Тодд (Твиттер, 24 сентября 2019 года)
Даже если квантовые компьютеры когда-либо смогут эффективно участвовать в процессе майнинга криптовалют, все еще остается неясным, действительно ли это будет проблемой. Согласно отчету QAN Platform, атака на сеть Биткоин все равно была бы бесполезной, даже если бы злоумышленник использовал квантовый компьютер. Это в некоторой степени связано с тем, как работает шифрование SHA256, но давайте пока отложим эту идею в сторону. (Отчет Qan, стр. 33)
Sycamore требуется много ресурсов
Квантовый компьютер Google работает на 54-кубитном чипе. Обычный компьютер работает с помощью битов, которые могут быть либо 0, либо 1. Кубиты, однако, могут быть двумя числами одновременно: 00, 01, 10 или 11. Это позволяет получить гораздо больше вычислительной мощности. Но компьютер стоит больших денег: разработка, пространство, мощность и т. д.
Администрация Трампа вложила 1,2 миллиарда долларов в разработку квантового компьютера. За последние несколько лет такие компании, как Google, IBM и Intel, получили по меньшей мере 450 миллионов долларов частного финансирования, сообщает Nature.
Что еще хуже, несмотря на все инвестиции, пока нет реального сценария использования. Это то, что придет со временем. Пока достаточно знать, что квантовый компьютер может выполнять определенные задачи гораздо быстрее, чем суперкомпьютер.
Согласно Nature, квантовый компьютер общего назначения требует по меньшей мере один миллион кубитов. Разработка такого типа вычислительной мощности потребует гораздо больше времени, труда и денег. Квантовые компьютеры должны стать в 18519 раз быстрее, прежде чем они смогут выполнять любые задачи общего назначения.
«Доказательству доли» это было бы на руку
Не все видят угрозу в появлении квантовых вычислений. Исследователь из Техасского университета считает, что квантовые компьютеры могут сыграть на руку протоколу «доказательство доли». Например, квантовые компьютеры, такие как Sycamore, могут усовершенствовать процесс крипто-майнинга, в котором задействован алгоритм «доказательство доли», согласно исследователю Скотту Ааронсону в интервью Forbes.
Если вознаграждение за майнинг в системе Proof-of-Work (доказательство работы) основано на вычислительной мощности, то Proof-of-Stake (доказательство доли) полагается на выбор случайного пользователя с «поставленными» монетами, чтобы определить, кто получает эти монеты. В результате система Proof-of-Stake не только более энергоэффективна, но и потенциально более децентрализована. Однако текущая система имеет недостатки, поскольку существующие компьютеры не способны к истинному выбору случайных чисел.
Ааронсон считает, что вычислительная мощность квантового компьютера может решить эту проблему. Квантовый компьютер Sycamore от Google работает на 54-кубитном процессоре. В результате он может генерировать числа гораздо быстрее, и это возможно, если действительно выбрать случайное число.
Криптостойкость против квантовых компьютеров
На протяжении многих лет разработчики криптовалют говорили о потенциальной угрозе квантовых компьютеров. Исследователи публикуют статьи о квантовых вычислениях, а крипто-разработчики уже создали методы шифрования, которые были бы «квантовоустойчивыми». Они называют это «стойкостью к квантовому воздействию».
Квантовая стойкость связана с постквантовой криптографией. Это относительно новая школа криптографии, посвященная созданию криптографических алгоритмов, которые, как полагают, способны противостоять атаке квантовых компьютеров.
QAN Platform, квантовые вычисления и блокчейн: полное руководство (PDF)
Разработчики блокчейна и исследователи криптографии опережают время. К тому времени, когда появится мощный квантовый компьютер, блокчейн-проекты и криптовалюты уже будут реализовывать системы безопасности. Например, это можно сделать за счет использования только разовых адресов. Таким образом, компьютеры никогда не смогут взломать ключ шифрования.
Постквантовая криптография уже активно развивается. Три года назад Национальный институт стандартов и технологий (NIST) инициировал программу, направленную на разработку и идентификацию квантовоустойчивых криптографических алгоритмов с открытым ключом. Примечательно, что организация является нерегулируемым учреждением министерства торговли США.
NIST хочет разработать криптографию, которая также работает на самых маленьких устройствах. Смарт-карты, крошечные устройства для интернета вещей и любое другое подключенное к интернету устройство должны быть в состоянии защитить себя от квантового компьютера.
«Нам нужны квантовоустойчивые алгоритмы, которые могут выполнять такого рода легкую криптографию».
Дастин Муди, математик NIST (пресс-релиз, январь 2019 года)
Продолжение следует: квантовые компьютеры VS крипта
Несмотря на то, что квантовые компьютеры представляют собой потенциальную угрозу, мир криптографии уже ищет ответы на вопросы, которые все еще нужно задать. Многие текущие блокчейн-проекты, возможно, не будут устойчивы к мощи квантовых компьютеров, но на данный момент эти квантовые компьютеры не могут сделать ничего, что было бы удаленно полезно, не говоря уже о взломе закрытых ключей или захвате сети.
Интересно, что Агентство национальной безопасности США разрабатывает квантово-устойчивую криптовалюту. АНБ делает это для борьбы с киберугрозами из других стран. Главной угрозой являются Северная Корея, Китай, Россия и Иран. Квантово-устойчивая криптовалюта предположительно необходима для устранения угрозы кибервойны.