Як світ криптовалют готується до квантових обчислень, пояснення
Що таке квантові обчислення?
Квантові обчислення — це новий спосіб обробки даних і розв’язання завдань, що відрізняється від класичних обчислень, які широко використовуються в повсякденних пристроях.
Квантові комп’ютери, які деякий час відкидали як фізично неможливі, за останнє десятиліття перейшли від сфери “Якщо” до сфери “Коли”. Щоб зрозуміти це, уявіть, що задачі, що раніше вважалися функціонально неможливими через їхню несумісність із класичними обчисленнями, тепер стають питанням часу для квантових комп’ютерів.
На даний момент криптографічні функції блокчейнів вважаються безпечними, оскільки їх злам потребує величезних обчислювальних ресурсів, які недосяжні для класичних комп’ютерів. Однак квантовий комп’ютер зміг би подолати такий криптографічний захист за лічені дні.
Хоча ця загроза наразі є лише теоретичною, вона може стати реальною приблизно через десятиліття.
Ідея квантових комп’ютерів полягає в тому, щоб вийти за межі можливостей традиційних комп’ютерів, використовуючи квантову механіку — розділ фізики, який описує поведінку та закони на субатомному рівні.
Квантові явища складно зрозуміти, оскільки вони керуються абсолютно іншими законами порівняно з класичною механікою. Як одного разу сказав лауреат Нобелівської премії Річард Фейнман: «Якщо ви думаєте, що розумієте квантову механіку, то ви її не розумієте».
Уявіть собі: субатомні частинки можуть одночасно існувати у кількох місцях — це називається суперпозицією; рухатися вперед або назад у часі та навіть телепортуватися через так звані заплутаності. Квантові комп’ютери прагнуть використати ці фантастичні характеристики.
Тоді як транзистори класичних комп’ютерних процесорів працюють із бітами, які кодують або нуль, або одиницю, квантові комп’ютери використовують так звані квантові біти, або кубіти. Останні можуть кодувати нуль і одиницю в два різні стани, а також використовувати їхню «суперпозицію» і «заплутаність». Іншими словами, кубіти дозволяють виконувати величезну кількість обчислень одночасно.
Сьогодні лідерами у сфері квантових обчислень є американські технологічні гіганти IBM та Google. Intel і Microsoft також є серйозними конкурентами. Amazon також виявляє зацікавленість у приєднанні до цього ринку. Нещодавно цей гігант електронної комерції оголосив, що надає квантові обчислення як послугу через свої сервери AWS.
Google навіть нещодавно заявив, що досяг “квантової переваги” — важливого етапу, коли квантовий пристрій може вирішити задачу, недоступну для типових комп’ютерів.
Чи є квантові обчислення загрозою для блокчейну?
Коротка відповідь — так, але є нюанси, які слід враховувати.
По-перше, квантові обчислення не становлять загрози для концепції блокчейну як такої, а для проєктів, що використовують цю технологію. Хоча сучасні квантові комп’ютери не можуть зламати блокчейни та їхню криптографію, потенційні потужніші версії нависають як загроза і потребують підготовки.
Хоча майбутні квантові комп’ютери можуть мати можливість зламати криптографію сучасних блокчейнів, цю загрозу можна звести до нуля, якщо світ перейде на квантово-стійкі блокчейни та навіть розподілені реєстри, вузли яких будуть базуватися на квантових комп’ютерах.
Які криптоалгоритми та блокчейни знаходяться під загрозою квантових обчислень?
Потужні квантові комп’ютери можуть стати загрозою для всіх блокчейнів, що покладаються на ECDSA (Алгоритм Цифрового Підпису на Еліптичних Кривих), зокрема Bitcoin і Ethereum.
ECDSA став золотим стандартом у створенні ключів у системі криптографії з відкритим ключем, яка використовується для підписання транзакцій у більшості блокчейнів. Ця система дозволяє створювати випадковий 256-бітний приватний ключ і похідний публічний ключ, який можна ділитися з будь-якою третьою стороною. Отримати приватний ключ, що генерував публічний ключ, практично неможливо, але квантові комп’ютери можуть використовувати алгоритм для зламування математичного зв’язку між публічним і приватним ключем, розкриваючи і ставлячи під загрозу приватний ключ.
Bitcoin залишається першим практичним застосуванням блокчейну, і це все ще домінуюча криптовалюта. Її популярність серед інституційних інвесторів робить її першим кандидатом серед цифрових валют, що мають бути захищені від потенційних загроз, зокрема квантових комп’ютерів.
У 2017 році, під час зростання ціни Bitcoin до рекордних рівнів, Дівеш Агарвал з Національного університету Сінгапуру та його колеги досліджували загрозу, яку представляють квантові комп’ютери для Bitcoin. Вони були серед перших, хто дійшов висновку, що небезпека є неминучою.
«Схема підпису на еліптичних кривих, що використовується у Bitcoin, значно піддається ризику і може бути повністю зламаною квантовим комп’ютером вже у 2027 році», — зазначили автори.
Втім, схоже, що технології квантових комп’ютерів розвиваються швидше, ніж очікувалося раніше. Нещодавно Google оголосив, що досягнуло «квантової переваги», заявивши, що створив комп’ютер, здатний вирішувати математичні задачі, які раніше були неможливі для вирішення.
Однак співавтор Ethereum Віталік Бутерін, підприємець Андреас Антонопулос та інші криптоексперти не бояться інновацій Google.
Блокчейни проти квантових загроз: останні досягнення
Є два основних підходи до вирішення потенційних квантових загроз: створення квантово-стійкого шару для існуючого протоколу блокчейну або створення квантово-стійкого блокчейну з нуля.
Є проєкти, які вже реалізували другий підхід. Найкращим прикладом є Quantum Resistant Ledger (QRL), що управляється швейцарською неприбутковою організацією QRL Foundation. Зі своєю промовистою назвою, QRL створив блокчейн-протокол з нуля. QRL розроблений, щоб протистояти будь-яким загрозам з боку квантових комп’ютерів.
…
