Квантовые вычисления пока не представляют угрозы для блокчейна

Криптографический протокол SHA-256, используемый для сетевой безопасности Биткойн, в настоящее время не поддается взлому современными компьютерами. Однако эксперты ожидают, что уже через десятилетие квантовые вычисления смогут взломать существующие протоколы шифрования.

Что касается того, должны ли держатели беспокоиться о том, что квантовые компьютеры представляют угрозу для криптовалют, Иоганн Полесак, технический директор платформы QAN, блокчейн-платформы уровня 1, сказал:

«Определенно. Подписи на основе эллиптических кривых, которые сегодня используются во всех основных блокчейнах и которые, как доказано, уязвимы для атак контроля качества, сломаются, и они являются ЕДИНСТВЕННЫМ механизмом аутентификации в системе. Как только он сломается, это будет буквально невозможно. чтобы отличить законного владельца кошелька от хакера, подделавшего его подпись».

Если современные криптографические алгоритмы хеширования когда-либо будут взломаны, злоумышленники могут украсть цифровые активы на сотни миллиардов долларов. Однако, несмотря на эти опасения, квантовым вычислениям еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем они станут реальной угрозой для технологии блокчейн.

Что такое квантовые вычисления?

Современные компьютеры обрабатывают информацию и выполняют вычисления с помощью «битов». К сожалению, эти биты не могут существовать в двух местах и ​​в двух разных состояниях одновременно.

Вместо этого традиционные компьютерные биты могут иметь значение 0 или 1. Хорошая аналогия — включение или выключение выключателя света. Поэтому, если есть, например, пара битов, эти биты могут содержать только одну из четырех возможных комбинаций в любой момент времени: 0-0, 0-1, 1-0 или 1-1.

С более прагматической точки зрения, следствием этого является то, что среднему компьютеру, вероятно, потребуется довольно много времени для выполнения сложных вычислений, а именно тех, которые должны учитывать все возможные конфигурации.

Квантовые компьютеры не имеют тех же ограничений, что и традиционные компьютеры. Вместо этого они используют так называемые квантовые биты или «кубиты», а не традиционные биты. Эти кубиты могут сосуществовать одновременно в состояниях 0 и 1.

Как упоминалось ранее, два бита могут одновременно содержать только одну из четырех возможных комбинаций. Однако одна пара кубитов способна хранить все четыре одновременно. И количество возможных вариантов растет в геометрической прогрессии с каждым дополнительным кубитом.

Как следствие, квантовые компьютеры могут выполнять множество вычислений, одновременно рассматривая несколько различных конфигураций. Например, рассмотрим 54-кубитный процессор Sycamore, разработанный Google. Он смог выполнить расчет за 200 секунд, на выполнение которого у самого мощного в мире суперкомпьютера ушло бы 10 000 лет.

Проще говоря, квантовые компьютеры намного быстрее традиционных компьютеров, потому что они используют кубиты для одновременного выполнения нескольких вычислений. Кроме того, поскольку кубиты могут иметь значение 0, 1 или оба значения, они намного эффективнее двоичной системы битов, используемой современными компьютерами.

Различные типы атак квантовых вычислений

Так называемые атаки на хранилище включают в себя попытку злоумышленника украсть наличные, сосредоточив внимание на уязвимых адресах блокчейна, например, на тех, где открытый ключ кошелька виден в публичной книге.

Четыре миллиона биткойнов (BTC), или 25% всех BTC, уязвимы для атаки квантового компьютера из-за того, что владельцы используют нехешированные открытые ключи или повторно используют адреса BTC. Квантовый компьютер должен быть достаточно мощным, чтобы расшифровать закрытый ключ с нехешированного публичного адреса. Если закрытый ключ успешно расшифрован, злоумышленник может украсть средства пользователя прямо из его кошелька.

Однако эксперты ожидают, что вычислительная мощность, необходимая для проведения таких атак, будет в миллионы раз выше, чем у нынешних квантовых компьютеров, имеющих менее 100 кубитов. Однако исследователи квантовых вычислений выдвинули гипотезу, что количество используемых кубитов может достичь 10 миллионов в течение следующих десяти лет.

Чтобы защитить себя от этих атак, пользователи криптографии должны избегать повторного использования адресов или перемещения своих средств на адреса, где открытый ключ не был опубликован. Это звучит хорошо в теории, но может быть слишком утомительным для обычных пользователей.

Пользователь, имеющий доступ к мощному квантовому компьютеру, может попытаться украсть деньги из транзакции блокчейна в пути, запустив сквозную атаку. Поскольку это относится ко всем транзакциям, масштаб этой атаки намного шире. Однако его сложнее выполнить, так как злоумышленник должен завершить его до того, как майнеры смогут завершить транзакцию.

В большинстве случаев у злоумышленника есть не более нескольких минут из-за времени подтверждения в таких сетях, как Биткойн и Эфириум. Хакерам также нужны миллиарды кубитов для проведения такой атаки, что делает риск транзитной атаки намного ниже, чем атаки на хранилище. Тем не менее, это все еще то, что пользователи должны иметь в виду.

Защита от атак во время транспортировки — непростая задача. Для этого необходимо переключить базовый алгоритм криптографической подписи блокчейна на устойчивый к квантовой атаке.

Меры защиты от квантовых вычислений

Квантовым вычислениям еще предстоит проделать значительный объем работы, прежде чем их можно будет считать реальной угрозой для технологии блокчейн.

Кроме того, к тому времени, когда квантовые компьютеры станут широко доступны, технология блокчейн, скорее всего, будет развиваться для решения проблемы квантовой безопасности. Уже существуют криптовалюты, такие как IOTA, которые используют технологию направленного ациклического графа (DAG), которая считается квантово-устойчивой. В отличие от блоков, составляющих блокчейн, ориентированные ациклические графы состоят из узлов и связей между ними. Таким образом, записи криптотранзакций принимают форму узлов. Затем записи этих обменов добавляются одна поверх другой.

Block Lattice — еще одна квантово-устойчивая технология, основанная на DAG. Сети блокчейнов, такие как платформа QAN, используют эту технологию, чтобы позволить разработчикам создавать квантово-устойчивые смарт-контракты, децентрализованные приложения и цифровые активы. Решеточная криптография устойчива к квантовым компьютерам, потому что она основана на проблеме, которую квантовый компьютер не может легко решить. Название, данное этой задаче, — Задача о кратчайшем векторе (SVP). Математически SVP — это поиск кратчайшего вектора в многомерной решетке.

Считается, что квантовым компьютерам сложно решить SVP из-за природы квантовых вычислений. Только когда состояния кубитов идеально выровнены, квантовый компьютер может использовать принцип суперпозиции. Однако он должен прибегать к более традиционным методам вычислений, когда состояний нет. В результате квантовый компьютер вряд ли сможет решить SVP. Вот почему шифрование на основе решетки защищено от квантовых компьютеров.

Даже традиционные организации предприняли шаги в направлении квантовой безопасности. JPMorgan и Toshiba объединились для разработки квантового распределения ключей (QKD), решения, которое, как они утверждают, является квантово-устойчивым. Используя квантовую физику и криптографию, QKD позволяет двум сторонам обмениваться конфиденциальными данными, одновременно обнаруживая и пресекая любые попытки третьей стороны подслушать транзакцию. Эта концепция рассматривается как потенциально полезный механизм защиты от гипотетических атак на блокчейн, которые квантовые компьютеры могут осуществить в будущем.