Лонгрид про реалістичність квантової загрози для криптовалют та проблеми “пророцтва 2027”

По криптовалютним форумам і телеграм-чатам наполегливо продовжують курсувати чутки про те, що причиною нещодавнього великого просідання курсу BTC стала новина про досягнення компанією Google квантової переваги. Ця новина, спочатку розміщена на сайті NASA, а потім поширена The Financial Times, випадково збіглася за часом з раптовим падінням потужності мережі біткоїн. Багато хто вирішив, що цей збіг означав злом і змусив трейдерів скинути неабияку кількість біткоїнів. Мовляв, через це курс монети було підтоплено на цілих 1500 “мертвих президентів США”. Чутка наполегливо не хоче вмирати і підживлюється твердою переконаністю громадськості в тому, що розвиток квантових обчислень є гарантованою смертю блокчейнів і криптовалют.

Основою для подібних заяв стала робота, результатами якої у 2017-му році поділився arxiv.org/abs/1710.10377 колектив дослідників, які досліджували проблему “квантової загрози”. На їхню думку, переважна більшість криптопротоколів, що забезпечують транзакції у розподілених реєстрах, є вразливими для потужних квантових комп'ютерів. Я проаналізував опубліковану в мережі інформацію щодо т.зв. “квантової вразливості блокчейнів загалом і криптовалют зокрема. Далі - результати аналізу та зіставлення існуючих фактів про можливість успішної атаки на біткоїн.

Кілька слів про квантові комп'ютери та квантову перевагу

Таке квантовий комп'ютер, кубит і квантова перевага можуть сміливо переходити до наступного розділу, бо нічого нового тут не знайдуть.

Отже для орієнтовного розуміння загрози, яка гіпотетично може походити від квантових комп'ютерів, слід зрозуміти, що це за пристрої. Квантовий комп'ютер - це переважно аналогова обчислювальна система, яка використовує фізичні явища, що описуються квантовою механікою, для обробки даних та передачі інформації. Якщо точніше, то квантові комп'ютери застосовують для обчислень квантову суперпозицію и квантову заплутаність.

Завдяки використанню квантових явищ у механізмах обчислень, обчислювальні системи здатні проводити окремі операції в десятки і сотні тисяч, а теоретично і в мільйони разів швидше, ніж класичні комп'ютери (в т. ч. суперкомп'ютери). Така продуктивність щодо певних обчислень пояснюється застосуванням кубітів (квантових бітів).

Кубіт (квантовий біт або квантовий розряд) — найменший елемент для зберігання інформації в квантовому комп'ютері. Подібно до біти, кубит допускає

“два власні стани, що позначаються {displaystyle |0rangle }|0rangle та {displaystyle |1rangle }|1rangle (позначення Дірака), але при цьому може перебувати і в їх суперпозиції, тобто в стані {displaystyle A|0rangle +B|1rangle } {displaystyle A|0rangle +B|1rangle}, де {displaystyle A}A і {displaystyle B}B — комплексні числа, що задовольняють умові {displaystyle |A|^{2}+|B|^{2}=1}| A|^{2}+|B|^{2}=1.”

(Нільсен М., Чанг І. Квантові обчислення та квантова інформація)

Якщо порівнювати класичний біт, який містить 0 чи одиницю з кубитом, то біт абстрактно є звичайний вимикач, має два положення “вкл” і “выкл”. Кубіт при такому порівнянні представлятиме щось, що нагадує регулятор гучності, де "0" - це тиша, а "1" - максимально можлива гучність. Регулятор може прийняти будь-яке становище від нуля до одиниці. У цьому, щоб стати повноцінної моделлю кубіта, він має імітувати колапс хвильової функції, тобто. при будь-якій взаємодії з ним, наприклад, погляді на нього регулятор повинен переміщатися в одне з крайніх положень, тобто. "0" або "1".

Насправді все дещо складніше, але якщо не лізти в нетрі, то завдяки використанню суперпозиції та заплутаності квантовий комп'ютер зможе зберігати та оперувати колосальними (для теперішнього часу) обсягами інформації. При цьому він витрачатиме на здійснення операцій значно менше енергії, ніж класичні комп'ютери. Завдяки опорі на явища квантової механіки забезпечуватиметься паралельність обчислень (коли для отримання валідного результату немає необхідності в аналізі всіх варіантів потенційних станів системи), що забезпечить надвисоку продуктивність при мінімальному енергоспоживання.

На даний момент у світі створено декілька моделей перспективних квантових комп'ютерів, але не один з них не перевершив за продуктивністю найпотужніші зі створених класичних суперкомп'ютерів. Створення такого квантового комп'ютера означатиме досягнення квантової переваги. Вважається, що для досягнення цієї квантової переваги необхідно створити 49 кубитний квантовий комп'ютер. Саме про такий комп'ютер і було повідомлено у вересні на сайті NASA, у публікації, яка швидко зникла, але породила багато галасу.

Гіпотетична небезпека для блокчейну

Розвиток квантових обчислень та квантової інформатики, а також активне висвітлення цієї теми у ЗМІ спровокували чутки про те, що великі обчислювальні потужності можуть стати загрозою для розподілених реєстрів, криптовалютів, і зокрема для мережі Біткоїн. Ряд ЗМІ, переважно ресурси, що висвітлюють теми криптовалют, щорічно публікують інформацію про те, що квантові комп'ютери скоро зможуть знищувати блокчейни. Науково обґрунтували гіпотетичну можливість успішної атаки квантового комп'ютера на мережу біткоїну автори дослідження з Корнеллського університету, 2017-го року опублікували ці дані на avix.org. Саме на підставі цієї публікації створено більшість статей про “Пророцтво 2027”.

При створенні криптовалют однією з головних цілей є її захист від підробки даних (наприклад, підтвердження платежу). На даний момент застосування криптографії та розподіленого реєстру цілком справляються з цим завданням. Дані про транзакції зберігаються у блокчейні, копії даних розподілено між мільйонами учасників мережі. У зв'язку з цим, щоб змінити дані в мережі, щоб перенаправити транзакцію (вкрасти платіж), необхідно вплинути на всі блоки, а це неможливо без підтвердження мільйонів користувачів. Виходить, що на рівні незмінності даних блокчейн надійно захищений, у тому числі від квантових обчислень.

Проблемним та вразливим може бути лише гаманець користувача. Це пов'язано з тим, що в найближчому майбутньому потужностей квантового комп'ютера може вистачити для злому 64-значних закритих ключів і це єдина гіпотетично реальна можливість будь-якої загрози з боку квантових обчислень.

Про реальність загрози

Для початку слід розуміти на якому етапі знаходяться розробники квантових комп'ютерів і які з них справді здатні зламати 64-значні ключі. Наприклад, доцент Фінансового університету за уряду РФ Володимир Гісін заявив, що блокчейн біткоїну може бути зламаний у світі, де існують 100-кубітові квантові комп'ютери. При цьому поки що навіть існування 49-кубітного квантового комп'ютера, нібито розробленого Google, не має підтверджень.

Наразі немає достовірних прогнозів, коли дослідники досягнуть квантової переваги, тим більше невідомо, коли з'являться 100-кубітові квантові комп'ютери. Понад те, нині квантові обчислювальні системи здатні миттєво вирішувати лише обмежений спектр вузькоспеціальних завдань. Їх адаптація для злому чогось зажадає роки, імовірно, навіть десятиліття розробок.

Перебільшену загрозу для біткоїна та інших криптовалютів з боку квантових комп'ютерів вважає і Джеффрі Такер, який обґрунтував свою точку зору в роботі "Загроза біткоїну з боку квантових обчислень". Такер робить висновки на основі робіт спеціаліста з квантової фізики з Університету Маккуорі в Сіднеї, доктора Гевіна Бреннена. Австралійський фізик обґрунтовано переконаний, що:

"враховуючи рівень доступних зараз квантово-обчислювальних потужностей, негативні сценарії неможливі."

цитую згідно forklog.
Бреннен вважає, що нинішня квантова інфраструктура має відносно малу швидкість квантового гейту в порівнянні з тією, яка потрібна для злому криптографічного ключа.

Також важливо розуміти, що при оцінці квантової загрози для блокчейнів, у тому числі для BTC, дослідники використовують дані про їхній поточний стан. Тобто. вони оцінюють ризик злому ключів, які у даний момент, пристроями, які з'являться через 10, 15, і можливо 50 років.

Ще в 2017 році директор служби захисту даних IBM Нев Цунич заявив про те, що заходи щодо захисту від ризиків, пов'язаних з квантовими обчисленнями, потрібно розробляти вже сьогодні. Ця заява була почута, і на даний момент вже активно розвивається постквантова криптографія, яка вже розробила методи захисту блокчейнів від квантових атак

Найбільш помітними методами захисту блокчейну від поки що гіпотетичної квантової загрози стало застосування одноразової цифрового підпису Лемпорта/Вінтерниця, а також використання підписи и дерева Меркла.

Співзасновник інфраструктурно-майнінгової компанії BitCluster Сергій Арестов переконаний, що існуючі методи нової криптографії постквантової зведуть нанівець будь-які зусилля квантового злому блокчейну в найближчі 50 років. Криптопідприємець навів приклади проектів, які вже сьогодні враховують ризики, пов'язані з розвитком квантових комп'ютерів:

“Сьогодні вже існують такі проекти, як Quantum-Resistant Ledger, що застосовує алгоритм одноразового підпису Вінтерниця та дерева Меркла, а також квантовостійкі блокчейни IOTA та ArQit. Імовірно, що до моменту, коли з'являться хоча б натяки на створення чогось здатного зламати ключі гаманців біткоїну або ефіру, ці монети також будуть захищені від квантових обчислень однієї з перспективних технологій.

В якості висновку

Проаналізувавши викладене вище, можна досить впевнено говорити про те, що квантові комп'ютери в найближчому майбутньому не становлять серйозної загрози для криптовалют і блокчейнів. Це справедливо як для систем, що тільки створюються, так і для вже існуючих. Небезпека злому розподілених реєстрів і децентралізованих валют слід сприймати скоріше як теоретично можливу (що провокує створення більш захищених систем), ніж як-небудь ймовірну насправді.

Проблеми, що нівелюють ймовірність такі:

• “вогкість” квантових обчислень та необхідність адаптації їх для відповідних операцій;
• недостатність обчислювальних потужностей у найближчому майбутньому (“квантова перевага” як така не гарантує злому 64-значного ключа);
• використання постквантової криптографії захисту блокчейна.

Буду вдячний за думки та живу дискусію в коментарях та участь в опитуванні.

Важливо!

Криптоактиви, у тому числі Bitcoin, вкрай волатильні (їхній курс змінюється часто і різко), на зміни їхнього курсу сильно впливають біржові спекуляції. Тому будь-які вкладення в криптовалюту. це серйозний ризик. Я настійно рекомендував би інвестувати в криптовалюту та займатися майнінгом виключно тим людям, які забезпечені настільки, щоб у разі втрати інвестицій не відчути соціальних наслідків. Ніколи не інвестуйте останні гроші, цільові значні заощадження, обмежені сімейні активи будь-що, зокрема в криптовалюти.

Використано фотоконтент, а також фото з цієї сторінки.

Тільки зареєстровані користувачі можуть брати участь в опитуванні. Увійдіть, будь ласка.

Як ви вважаєте, чи стануть квантові обчислення реальною загрозою для криптовалют та блокчейнів через 10 років?

• так, автор та експерти недооцінюють швидкість розвитку технологій.

• ні, але вже через 15 років вони становитимуть серйозну небезпеку

• ні, має пройти значно більше часу

• так, спецслужби і рептилоїди давно мають квантовий суперкомп'ютер, здатний зламати будь-який блокчейн.

• складно прогнозувати, недостатньо достовірних даних для прогнозу

Проголосували 98 користувачів. Утрималися 17 користувачів.

Джерело: habr.com