Може ли квантовите изчисления да убият блокчейн?

Имаме щастието да сме живи днес. Намираме се в средата на огромно технологично сътресение, когато нашето изобретение и откритие, движени от социално ориентирани научни изследвания, се прокрадват във всеки аспект от живота ни. Blockchain е само една от тези технологии; други като квантовите изчисления и чистата енергия постигат еднакъв напредък в стремеж към по-добър свят.

Научните открития често имат начин за тестване помежду си, в нещо като технологично оцеляване на най-силните. Например, когато регламентите за чиста енергия налагат намаляване на традиционните индустрии за производство на енергия, блокчейн трябва да проектира решения за намаляване на потреблението на енергия, като същевременно продължава да създава нови блокове във веригата. Тъй като блокчейнът се удължава, електроенергията и изчислителните ресурси изискват експоненциално увеличение.

Заплахата от квантовите изчисления за блокчейн

Квантовите изчисления ни дават изключителна изчислителна мощ, правейки кайма от проблеми, които класическите компютри се борят да решат. Най-належащите проблеми в света, като този на изменението на климата, могат да бъдат преодолени само с машини като квантови компютри. И все пак, както при всички нови технологии, той има силата да направи характеристики на други технологии остарели. Тези технологии трябва да мутират, за да оцелеят и да процъфтяват, или в противен случай да бъдат оставени в боклука на едно-ударените чудесни технологии.

С блокчейн този хищник е квантово изчисление. Сигурността на Blockchain идва от подобрените стандарти за криптиране, но силата на квантовите изчисления оставя експертите да се притесняват, че криптирането, използвано от blockchain, ще бъде преодоляно твърде лесно от квантовите изчисления.

Наскоро изследователи от университета в Южен Уелс конструира нова архитектура, подобни на тези, използвани в днешните процесори, за извършване на квантови изчисления. Това има значителни последици за обикновения човек. Това означава, че същата технология, използвана за стартиране на устройствата, които използвате днес, може да се използва за стартиране на изчисления на квантови изчисления.

Квантовите изчисления, дори джобните квантови изчисления, са неизбежни. Винаги обаче това се е възприемало като далечна мечта – 10 до 15 години в бъдещето е мнението на индустрията за пристигането на търговските квантови изчисления. Това откритие от изследователите на UNSW дискредитира това предсказание. Вече може да пристигне много по-бързо и това може да не предвещава добри резултати за криптографията и блокчейна като цяло.

Технически е възможно класическият компютър да пробие асиметричното криптиране, което харесва монетите Биткойн използване, използване на чиста груба сила (преминаване през всички възможни решения); просто ще отнеме много дълго време. Квантовите компютри обаче работят в пъти по-бързо от класическите компютри и е по-лесно да победят асиметричното криптиране.

Това поставя криптовалутата и блокчейна на трудно място. Криптовалутата и блокчейнът могат да бъдат принудени да се развиват, да мутират, така че да притежават нови характеристики, иначе така обичаната сигурност и поверителност, за които ентусиастите пеят похвали, може да остане в миналото.

Всичко обаче не е загубено. Разработчиците на монети имат поглед за дългосрочното бъдеще, може би защото самата криптовалута е само на малко дете. Преди трябва да се извърви дълъг път криптовалутата узрява в световен мащаб. Разработчиците внимават да планират евентуални препятствия и това включва квантови изчисления.

Но преди да говорим за възможните решения, които блокчейнът би могъл да използва в защита срещу квантовите изчисления, нека да разгледаме какво представлява квантовото изчисление. Подобно на блокчейните и криптовалутата, полезно е да знаете малко за технология, която ще има безпрецедентно въздействие върху живота ни.

Да накараме Вселената да работи за нас

Квантовите изчисления са крайната игра на компютърните изследвания. Той е надминат в страхопочитание и спекулации само от една друга област на изследване – изкуствен интелект. В продължение на много години организации като НАСА и индустриални гиганти като Google влагат своите ресурси в съвършенството на тази луда област на физиката за ежедневна употреба.

Засега това е ограничено до високотехнологични изследователски лаборатории и няколко избрани организации, но в един момент това беше и традиционният компютър, който използвате днес. Смартфонът в ръката ви е в пъти по-мощен от космическия кораб “Вояджър”, който сега плава в междузвездното пространство и компютрите, симулиращи ядрена война по време на Студената война. Въпрос на време е квантовите изчисления да станат по-достъпни за обикновения човек.

Днешните компютри използват битове. Това са стойности, които могат да бъдат 0 или 1. Само по себе си, това не е много, но когато комбинирате тези стойности „да“ или „не“ с други стойности „да“ или „не“ многократно, можете да дойдете отговори на наистина сложни въпроси (Всъщност са ви необходими само 6 бита, за да разберете какво представлява писмото – макар че на практика отнема 8 бита.) Това е почти всичко, от което компютърът ви трябва, за да направи всичко, което прави днес.

Сложно CGI изобразяване? Проверете. Видео игри? Проверете. Възможни ултрареалистични симулации на света? Проверете. Всичко това може да се направи само с битове.

Квантовите изчисления извеждат тази идея на съвсем ново ниво. Невероятно, но използва самата тъкан на Вселената, за да направи това. Квантовите компютри, които работят днес манипулират вселената и паралелните вселени да се правят изчисления.

Квантовите компютри работят на кубити, които могат да съществуват едновременно в състояние 0 и 1. Няма да навлизаме в подробности, но с всеки допълнителен кубит изчислителната мощ на компютъра нараства експоненциално. Това позволява на квантовия компютър да извършва сложни изчисления със скорост, която далеч надхвърля днешните компютри, като намалява времето за решаване на сложни математически модели, симулации и криптографска сигурност.

Как работи криптирането днес

Най-популярната криптографска техника, използвана днес, е криптографията с публичен ключ. Това използва двойка публични и частни ключове за криптиране и декриптиране на съобщения (или данни за транзакции, в случай на блокчейн), за да се гарантира, че само проверени потребители имат достъп до информацията.

Източник: Commons.wikimedia.org

Накратко, вашият публичен ключ се използва за достъп до криптираното съобщение, а вашият частен ключ се използва за дешифриране на съобщението. Силата на частния ключ зависи от методите за сигурност и тайната на частния ключ. Blockchain използва цифрови подписи за допълнителна защита.

Тази форма на криптография се използва от много години и е доказателство за нейната ефективност, че се е противопоставила на десетилетия опити за нейното разбиване.

Теоретично квантовите компютри могат лесно да решат методите за сигурност при асиметрична криптография. Квантовият компютър просто трябва да бъде достатъчно голям и индустрията прави скокове и граници по отношение на това.

Смята се, че ще са необходими 4000 кубита, за да се нарушат най-силните стандарти за криптиране в днешно време. През ноември 2023г, IBM обяви че току-що е произвел 50-кубитов квантов компютър. Може да изглежда, че е далеч от 4000, но не забравяйте, че технологията не расте линейно. Времето между етапите се съкращава бързо с напредването на времето. Изминаха 50 години, преди компютрите да преминат от гигантски военни измислици към домакински предмети. Оттогава са изминали само 35 нечетни години и вече сме на път към следващата ера на компютрите.

За да обобщим, днешните стандарти за криптиране в блокчейн работят в момента, но квантовите изчисления са точно на опашката. Какво означава това за блокчейн и криптовалути?

Може ли квантовите компютри да убият блокчейн?

Ако изследванията на квантовите изчисления продължат със сегашното си темпо, тогава няма да има проблем да наруши криптирането, използвано от блокчейн. Икономическата система на криптовалутите ще стане почти безполезна, тъй като би било възможно хакерите да откраднат вашите монети, да извършат измами и да контролират блокчейна. Ако някой може лесно да открадне вашите биткойни, това не би било добре за репутацията на Биткойн.

Може би сте чували за термина „51% атака”. Това е, когато миньорите контролират над 50% от мрежата, което им позволява да удвоят разходите си. В неспециализиран смисъл, това означава, че те могат да харчат пари два пъти, като изтриват транзакции от блокчейна.

Квантовите компютри могат да дадат на злонамерените майнери необходимата мощност, за да пробият този праг от 50%. Тази конкретна грижа за сигурността не е непосредствена грижа. Прогнозата е, че ще минат поне 10 години, преди квантовите компютри да могат да направят това. Въпреки това, с наскоро разкритата инженерна архитектура за квантови компютри, този график може да бъде съкратен.

Има много по-голяма загриженост, която, както споменахме, е лекотата, с която квантовите изчисления могат да нарушат криптирането с публичен ключ. Очаква се да достигнат квантовите изчисления това ниво на власт до 2027г. С други думи, ако днешните стандарти за криптиране и като разширение, blockchain сигурността, не развие нови техники за сигурност или стандарти за криптиране, това ще бъде практически безполезно.

Добрата новина е, че дългосрочно мислещите разработчици на криптовалути всъщност се подготвят за тази възможност и те имат няколко трика в ръкава си.

Използване на превантивни мерки

Криптовалутите използват различни инструменти за борба с бързо приближаващата се заплаха от квантовите компютри. Това е технологична еволюция, която се оформя като доста шоу.

Едно от тези разработки е подобрена версия на биткойн, наречена qBitcoin. Възможно е да се използват протоколи за квантова криптография, като схемата за разпределение на квантовия ключ BB84, за прехвърляне на тези qBitcoins между потребителите.

Тук има ирония: същата технология, която квантовото изчисление използва, за да застраши сигурността на блокчейн, qubit, се използва за защита на блокчейн. За съжаление има препятствия, свързани с този метод. Би било необходимо да се инсталира квантова разпределителна мрежа за прехвърляне на тези кубити, което е финансово невъзможно в голям мащаб поради високите разходи за строителство. С времето обаче може да поевтинее.

Друг предложен метод е Квантово устойчива книга, разработен от Д-р Питър Уотърланд. Тази нова техника е проектирана с оглед на пост-квантовата криптография. Целта му е да се бори със заплахата от квантовите изчисления чрез внедряване на нови цифрови подписи в транзакции, които правят книгата устойчива на квантови изчисления.

Използвайки алгоритъм Proof-of-Stake, доказано е, че този метод има защитени псевдослучайни функции, базирани на хеш, които имунизират срещу квантов анализ. За разлика от qBitcoins, той не се нуждае от скъпа инфраструктура, за да работи. Може да работи на устройства с ниска мощност като лаптопи и Raspberry Pis.

QRL също планира да въведе квантово защитен слой за съобщения. Чрез техника, наречена решетъчна криптография, транзакциите ще бъдат подписани със специален публичен ключ, който може да се използва от потребителите за набиране на защитен комуникационен носител, през който могат да се изпращат съобщения. Допълнителните планове включват свързване на идентификатори на блокчейн към тези квантово защитени адреси, наречени XMSS транзакции.

Съществуват и съществуващи криптовалути, които планират пост-квантова криптография. IOTA, една от най-големите монети на пазара, използва Winternitz OTS или Lamport Signatures, за да осигури подписите си от квантов анализ. Единственият проблем с това е, че всеки адрес може да се използва само веднъж.

Собственият протокол на IOTA, Tangle, контраинтуитивно, всъщност ускорява мрежата с пристигането на повече потребители. Насочената ациклична графика на IOTA, различна от блокчейн, е забележително ново развитие в технологията за криптовалута. В тази мрежа изпращачът на транзакцията трябва да провери две други транзакции. Това е завладяващ нов протокол и е заслужава си да се прочете.

Каква е прогнозата за Blockchain Security?

Не е много притеснително, за щастие.

Да, квантовите изчисления могат потенциално да предизвикат катастрофа за криптовалутата, но индустрията вече е въоръжена срещу тази заплаха. Все още е много рано в продължителността на живота на двете технологии и може дори да им помогне като цяло, ако се конкурират рамо до рамо. Предстоящото пристигане на квантовите компютри принуждава експертите по криптиране и криптовалута да се подготвят за него, което само подобрява неговите характеристики и шансове за оцеляване.

Тогава отговорът е, че не е нужно да се паникьосвате. Може да се случи, че квантовите изчисления печелят, но превантивните усилия на експертите по криптография и криптовалута изглеждат обещаващи. По мое лично мнение не изглежда, че квантовите изчисления ще унищожат пазара. Присъщата стойност на Blockchain в толкова много индустрии е благо, което трябва да се вземе с двете ръце. Трудно е да си представим, че някой иска да го пусне. Изглежда вероятно някаква защита срещу квантовите изчисления да бъде открита или измислена скоро.

Ако имате свои собствени мисли относно квантовите изчисления, сигурността на блокчейн или монети, които се справят с проблема с пост-квантовата криптография, моля, уведомете ни в коментарите по-долу.