Квантовый компьютер против блокчейна. Уже несколько лет участники криптовалютного сообщества обсуждают возможное технологическое столкновение между развивающимися квантовыми вычислениями и действующими решениями на базе блокчейна. Часть специалистов предупреждает, что квантовый компьютер способен подорвать современные криптографические схемы и поставить под сомнение существование криптовалют и распределённых реестров. В этой статье постараемся оценить, насколько такая угроза реальна и какие шансы есть у крипто-экосистемы отстоять свои позиции.
Криптовалюты потенциально могут преобразовать финансовую систему, убрать посредников и дать доступ к счетам миллионам людей, не имеющим банковских услуг. Квантовые вычисления, в свою очередь, обещают революцию в разработке лекарств, материалов, а также во многих областях инженерии и искусственного интеллекта, благодаря своей исключительной вычислительной мощности. Тем не менее, механизмы учёта на блокчейне, поддерживающие цифровые валюты, могут оказаться уязвимыми перед сложными атаками и фальсификациями транзакций, если развитие квантовых вычислений опередит разработку устойчивых к ним цифровых решений.
Защита криптовалют основана на так называемой криптографии с открытым ключом. Эти протоколы повсеместны: они обеспечивают безопасность онлайн-покупок и конфиденциальность сообщений, доступных только адресату. Система сочетает публичный ключ, доступный всем, и приватный ключ, известный только владельцу. При дальнейшем развитии технологий квантовые компьютеры смогут взломать криптографию с открытым ключом, что может стать серьёзной проблемой для отрасли, где капитализация некоторых валют достигает сотен миллиардов долларов.
Что такое квантовый компьютер?
Квантовые компьютеры — это устройства, использующие принципы квантовой механики для хранения информации и проведения вычислений. Для определённых типов задач они способны превосходить даже самые мощные суперкомпьютеры. В отличие от классических машин — смартфонов и ноутбуков — которые оперируют двоичными битами (0 или 1), в основе квантовой вычислительной техники лежит единица памяти, называемая кубитом.
Кубиты реализуют при помощи физических систем, например спина электрона или поляризации фотона. Эти системы допускают существование в нескольких состояниях одновременно — явление, известное как квантовая суперпозиция. Кубиты также могут вступать в особые корреляции между собой, называемые квантовой запутанностью. В результате ансамбль кубитов способен представлять множественные варианты одновременно.
Например, для обычного компьютера восемь битов позволяют закодировать любое число от 0 до 255. Для квантового устройства восемь кубитов дают возможность одновременно представлять каждое число от 0 до 255. Несколько сотен запутанных кубитов теоретически позволили бы закодировать больше комбинаций, чем число атомов во Вселенной.
Именно в таких задачах с огромным числом вариантов квантовые машины получают преимущество над классическими. Они могут одновременно исследовать множество комбинаций — это полезно при факторизации очень больших чисел или при поиске оптимального маршрута. В то же время есть задачи, где классические компьютеры остаются эффективнее. Поэтому в перспективе вероятно появление гибридных систем, сочетающих оба подхода: классический и квантовый.
Сегодня квантовые устройства крайне чувствительны к внешним факторам: тепло, электромагнитные помехи и столкновения с молекулами воздуха приводят к потере квантовых свойств кубита. Этот эффект, называемый квантовой декогеренцией, вызывает ошибки, и вероятность их появления растёт с увеличением числа элементов. Поэтому кубиты необходимо защищать — например физической изоляцией, сильным охлаждением или точным управлением энергетическими импульсами.
Важно понимать: квантовый компьютер не заменит полностью классические машины и не станет быстрее в выполнении всех задач, он эффективен лишь для определённых вычислений. Тем не менее эпоха традиционных микропроцессорных вычислений, формировавшая нашу современную жизнь, может смениться на развитие квантовых технологий. Будущее — за квантовыми вычислениями. Полное внедрение этой технологии в практику ещё впереди, но за последние годы и аппаратные, и программные решения значительно продвинулись, приближая реальность квантового будущего.
Отрасли, которые первыми получат ощутимую выгоду от квантовых вычислений, — это здравоохранение, промышленное производство, фармацевтика, медиа и область криптографии. Поскольку сегодня мы всё сильнее опираемся на анализ больших данных, наличие квантового компьютера с высокоскоростной обработкой могло бы существенно ускорить фильтрацию и анализ массивов информации, недостижимый ранее при использовании привычных вычислительных мощностей. По мере экспоненциального прогресса квантовых технологий человечество получит новые инструменты для решения сложных задач — в теоретической математике, физике и смежных областях — что однажды позволит преодолеть ранее неподъёмные проблемы и получить так называемое «квантовое превосходство».
Основные игроки в области квантовых вычислений
Соревнование за разработку передовых квантовых систем не останавливается. На момент подготовки материала на рынке присутствует ряд ведущих компаний, вкладывающих существенные ресурсы в исследования и создание квантовых вычислительных платформ. Ниже — краткий обзор ключевых участников отрасли:
1. International Business Machines Corp. (IBM). В настоящее время IBM удалось успешно построить квантовый компьютер, обладающий возможностью работы с 433 кубитами. Это решение представляет собой одну из самых крупных и мощных существующих реализаций квантовой вычислительной техники и, по мнению некоторых аналитиков, способно соперничать с современными суперкомпьютерами по определённым задачам.
Кроме того, IBM предоставляет доступ через облачную платформу к иным своим системам, включая процессор на 20 кубитов. Коммерческая инсталляция Q System One размещена в Покипси, Нью-Йорк, и доступна клиентам компании по облачному подключению. Параллельно IBM расширяет географию квантальных центров, анонсировав развертывания в Японии и Германии, и ранее укрепляла свои позиции в гибридных облаках и ИИ, консолидировав около 15 приобретений в 2021 году.
2. Alphabet Inc. (GOOG, GOOGL). В 2018 году материнская компания Google разработала разработала квантовый процессор Bristlecone, рассчитанный на работу с низким уровнем ошибок и имеющий 72 кубита. Осенью 2019 года Google продемонстрировала значительный прорыв: эксперимент, проведённый совместно с НАСА, показал выполнение задачи за три минуты и двадцать секунд — то, что классическому суперкомпьютеру того времени потребовало бы порядка 10 000 лет.
Исследователи охарактеризовали этот результат как достижение «квантового превосходства» — момент, когда квантовые устройства решают задачи, недоступные классическим алгоритмам в разумное время. Авторы отмечают, что такой скачок демонстрирует потенциал новой вычислительной парадигмы и открывает путь к дальнейшим практическим применениям.
Alphabet планирует вывести коммерчески пригодную квантовую систему к 2029 году, создав специализированную R&D-лабораторию и центр обработки данных. Bristlecone служит тестовой платформой для оценки частоты ошибок, масштабируемости кубитов Google и перспектив применения квантовых методов в задачах машинного обучения.
3. Intel (INTC). Крупнейший в мире производитель микропроцессоров также инвестирует в квантовые микросхемы. Совместно с нидерландским центром QuTech Intel добилась промышленного уровня производства квантовых процессоров на кремниевых кубитах. Прорыв был достигнут на фабрике Intel D1 в Хиллсборо, штат Орегон, где применяются стандартные КМОП-процессы на 300‑мм подложках с высоким выходом годных чипов — более 95%.
Процессоры Intel и QuTech изготавливаются на изотопно очищенных кремниевых пластинах; в роли кубитов используются электроны, спины которых находятся в состоянии квантовой суперпозиции. Благодаря этому спиновые состояния могут принимать значения, соответствующие 0, 1 и промежуточным состояниям с определённой вероятностью, что в ряде задач приводит к экспоненциальному ускорению вычислений.
Спиновые кубиты у Intel имеют размеры порядка 50 нанометров — примерно 1/1500 толщины человеческого волоса. Это позволяет предположить, что через несколько лет предприятие сможет выпускать компактные квантовые процессоры с тысячами и даже миллионами кубитов. Такие чипы требуют экстремального охлаждения, близкого к абсолютному нулю, но потенциал применения обещает быть значительным. Intel нацелилась на промышленное производство квантовых процессоров в горизонте десяти лет и ожидает начала коммерциализации технологии с середины 2020-х.
4. Alibaba (AQL) представила облачный сервис квантовых вычислений на 11 кубитов через дочернюю платформу Aliyun совместно с Китайской академией наук. По словам главного научного сотрудника Aliyun Яоюна Ши, это решение открывает доступ исследователям для проведения экспериментов с реальными квантовыми процессами.
Компания AQL также опубликовала пятнадцатилетнюю дорожную карту, предусматривающую создание прототипов квантовых систем на 50–100 кубитов к 2030 году. Как отметил профессор Цзянвэй Пан, цель — развивать направления, наиболее перспективные для практических приложений, а также справляться с ограничениями классических вычислений и законом Мура. Подробнее о лаборатории можно узнать здесь.
5. Корпорация Nvidia (NASDAQ: NVDA). Nvidia сотрудничает с рядом лидеров индустрии, включая IBM и Google Quantum AI, чтобы ускорить разработку решений для квантовой экосистемы, в частности через программные инструменты вроде cuQuantum от Nvidia. Ожидается, что рост центров обработки данных и развитие игровых платформ компании создадут дополнительные возможности для симуляции и гибридных вычислений.
6. Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. (TSMC). TSMC совместно с Министерством науки и технологий Тайваня работает над облачной платформой, призванной помочь бизнесу адаптироваться к быстро меняющемуся полю квантовых вычислений. Тайвань остаётся мировым лидером в производстве передовых полупроводников — около 92% самых современных мощностей сосредоточены именно там.
7. Корпорация Microsoft (MSFT). Microsoft открыла публичный доступ к тестированию своего облачного сервиса Azure Quantum, предоставляющего интерфейсы к различным квантовым решениям. Цена часа работы с платформой достигает порядка $900, при этом сама Microsoft пока не эксплуатирует собственный квантовый аппарат, полагаясь на оборудование партнёров — Honeywell Quantum Solutions, IonQ, 1Qbit и других.
Для взаимодействия с облачным квантовым сервисом Microsoft пользователям требуется установить набор инструментов, в первую очередь Microsoft Quantum Development Kit с языком Q# и недавно представленный аппаратно-независимый промежуточный язык Quantum Intermediate Representation (QIR), основанный на LLVM.
8. Китайская компания SpinQ. В то время как некоторые игроки делают упор на облачные решения, китайская фирма SpinQ разработала «офлайновый» квантовый компьютер размером с обычный системный блок. Устройство уже поставляется на рынок и позиционируется как обучающая платформа для школ и университетов.
Устройство SpinQ стоит $5000, что сопоставимо с 5,5 часами использования Microsoft Azure Quantum по самому дорогому тарифу, доступному на момент запуска публичного тестирования. Компьютер основан на двух кубитах и использует явление ядерного магнитного резонанса, знакомое химикам и специалистам медицинских технологий.
Помимо перечисленных компаний, разработкой аппаратной части квантовых систем занимаются и другие игроки: D-Wave Systems, Quantum Circuits, IonQ, Honeywell, Xanadu и Rigetti. Многие из них сотрудничают с научными коллективами ведущих университетов и добиваются заметных результатов. В области программного обеспечения для квантовых систем работают компании 1QBit, CQC, QC Ware, QSimulate, Rahko и Zapata.
В России исследования в области квантовых вычислений ведут Московский физико-технический институт (МФТИ), учёные Российского квантового центра и ФИАН имени П. Н. Лебедева. Им удалось создать систему из 4 кубитов с нетрадиционным подходом к масштабированию — применением многомерных носителей информации (кудитов) вместо простого увеличения числа ионов. На основе этой разработки предполагается развернуть универсальный квантовый компьютер с облачным доступом; прототип создаётся в рамках дорожной карты по квантовым вычислениям, реализуемой «Росатомом».
Может ли квантовый компьютер сломать Bitcoin?
Квантовый компьютер представляет собой потенциальную угрозу для безопасности Биткойна в далёкой перспективе, но существуют технические подходы, позволяющие сохранить целостность сети на длительный срок. В этом разделе мы разберём реальную степень опасности со стороны квантовых устройств, вероятность того, что они смогут осуществить 51%-ную атаку, и способы, которыми экосистема Биткойна может адаптироваться при заметных успехах в квантовых вычислениях.
Для начала важно понять, как устроен Биткойн и какие направления атак для него критичны. Когда говорят об атаке на Биткойн, чаще всего имеют в виду базовую хеш-функцию, задействованную при майнинге — SHA-256. Это криптографическая операция, широко применяемая для надёжного хранения и проверки данных в Интернете. Детали работы SHA-256 — тема отдельной публикации; важно лишь знать, что этот алгоритм используется повсеместно, в том числе для защиты паролей и обеспечения взаимодействия между сайтами и серверами.
Если бы оказался взломан SHA-256, последствия были бы чрезвычайно масштабными для всей цифровой инфраструктуры, а не только для Биткойна. Государственные структуры, банки и крупные онлайн-платформы оказались бы в той же уязвимой позиции, что и держатели биткоинов. Тем не менее, чтобы оценить риски конкретно для Биткойна, нужно посмотреть, как SHA-256 применяется в сети. Основные роли две:
- Майнинг: SHA-256 служит алгоритмом доказательства работы, а адреса и некоторые записи в блокчейне представлены как хеш-выходы SHA-256.
- SHA-256 выступает как односторонняя хеш-функция, используемая в криптографии с открытым ключом.
Процесс добычи биткоина выполняется специализированными устройствами — ASIC (Application Specific Integrated Circuits). Они перебирают многочисленные входные значения, подавая их в SHA-256 в поисках выхода, который окажется ниже заданной сложности. Нахождение такого подходящего ввода даёт майнеру право предложить блок и получить вознаграждение в виде вновь эмитированных биткоинов.
На текущий момент нет способа систематически сузить пространство возможных входов — каждый вариант примерно одинаково вероятен привести к требуемому результату. Поэтому майнеры по сути генерируют случайные значения, рассчитывая, что одно из них удовлетворит условию сложности. Это свойство SHA-256 часто называют «дружественностью к головоломкам».
Атака на майнинг Биткойна
В теории квантовый компьютер мог бы уменьшить объём поиска по пространству входных значений и тем самым сократить число необходимых хешей примерно в корень из N раз — это эффект, достигаемый с помощью алгоритма Гровера.
Однако применение алгоритма Гровера требует огромных вычислительных ресурсов. На практике скорость и эффективность, с которыми квантовое оборудование выполняет такую задачу, всё ещё значительно уступает современным ASIC, что нивелирует теоретическое квадратичное ускорение.
Чтобы опереться на реальные оценки, можно обратиться к работе Дивеша Аггарвала, Гэвина Бреннена, Троя Ли, Миклоша Санты и Маркотома Михеля в их исследовательской статье, где они анализируют квантовые атаки на Биткойн. По их выводам, по состоянию на 2018 год квантовый компьютер был приблизительно в тысячу раз медленнее одного Antminer S9 с хешрейтом 14 тыс./с.
Развитие квантовых технологий идёт быстро и уже есть системы с сотнями кубитов, однако параллельно совершенствуются и ASIC: современные высокопроизводительные устройства обеспечивают порядка 100 тыс. хешей в секунду — это в несколько раз больше, чем Antminer S9. Кроме того, совокупный хешрейт сети Биткойн значительно вырос. Проще говоря, в обозримом будущем квантовый компьютер не способен конкурировать с ASIC в роли эффективного майнера.
Атака на биткойн-подписи
Если отойти от майнинга и посмотреть на защиту кошельков, то именно здесь угрозы от квантовых машин выглядят более реальными. Биткойн опирается на цифровые подписи, которые позволяют пользователям безопасно переводить средства. При любой транзакции ваш кошелёк создаёт подпись на основе приватного ключа, соответствующего открытому ключу адреса. (Не ваши ключи, не ваши монеты.) Этот процесс обычно прозрачен для пользователя и выполняется автоматически в кошельке.
Подписи в Биткойне генерируются с помощью алгоритма цифровой подписи на эллиптических кривых (ECDSA), в частности кривой secp256k1. Долгое время считалось, что обращение этой кривой практически невозможно, но теоретически в далёком будущем это может стать реальность. Иными словами, квантовый компьютер мог бы восстановить приватный ключ по открытому ключу, делая систему подписи уязвимой и подвергая биткойн-кошельки риску кражи средств.
Эта уязвимость связана с алгоритмом Шора, который действительно позволяет извлечь приватный ключ из открытого. Алгоритм Шора сокращает число шагов, необходимых для разложения на простые множители и поиска порядка, и квантовые машины эффективны в решении этой задачи. Преимущество над классическими методами здесь экспоненциально масштабируется. По оценкам, для успешного восстановления приватного ключа по открытому потребуется квантовый компьютер порядка 2300 кубитов (источник).
Обладатель приватного ключа может формировать корректные подписи, которые проверяются соответствующим открытым ключом. Как следствие, злоумышленник, сумевший восстановить приватник, получает прямой доступ к средствам на счёте пользователя и потенциально — к связанной с ним информации.
Важно подчеркнуть, что открытый ключ становится доступным в блокчейне только в момент, когда вы тратите средства с адресов типа P2PK. После такого раскрытия адрес уже не считается безопасным при наличии мощного квантового оборудования и не должен использоваться повторно. Независимо от формата адреса вы можете повысить защиту своих средств от будущих квантовых атак, избегая повторного использования адресов при отправке монет. Технически это означает отправку сдачи на новый адрес вместо возврата на тот же — практика, рекомендуемая и без учёта квантовых рисков.
Перехват BTC транзакций
Атакующему, который пытается перехватить транзакцию «вживую», придётся выполнить цепочку быстрых действий. После запуска алгоритма Шора для получения приватного ключа злоумышленник должен оперативно сформировать, подписать и транслировать конфликтующую транзакцию. При наличии достаточной квантовой мощности все эти операции можно выполнить очень быстро, что по сути равнозначно атаке двойной траты, где выгоду получает лишь атакующий.
Косвенно майнер может усилить такую атаку, сочетая её с захватом транзакций в рамках эгоистичной атаки на майнинг. Обладая достаточной квантовой мощностью, злоумышленник способен выстраивать собственную приватную цепочку и по ситуации публиковать отдельные блоки в публичной сети. Это приведёт к реорганизации цепочки (откату), в результате чего злоумышленник сможет присвоить себе средства и блокировать вознаграждения из переписанных транзакций.
Хотя ныне квантовые компьютеры доступны преимущественно исследовательским центрам и государственным структурам, нельзя исключать, что в будущем подобные технологии станут более широко распространёнными или попадут в руки преступников.
Когда квантовый компьютер будет представлять реальную угрозу?
На момент написания этой статьи IBM может похвастаться 433-х кубитным квантовым компьютером, в то время как для взлома закрытых ключей Биткоина, по оценкам, требуется около 2300 кубитов. Однако современные квантовые компьютеры имеют непрактично высокую частоту ошибок и могут работать только в лабораторных условиях при температурах, близких к абсолютному нулю.
Оценки того, когда квантовые компьютеры смогут достичь необходимой вычислительной мощности в кубитах для атаки на Биткойн, варьируются от нескольких лет до нескольких десятилетий. Самые оптимистичные оценки утверждают, что к 2028 году может появиться квантовый компьютер, который сможет взломать схему подписи менее чем за 10 минут, но более реалистичные оценки заключаются в том, что такие достижения будут достигнуты более чем через 10 лет.
Значение времени, необходимого для взлома шифрования, заключается в том, что открытые ключи раскрываются при трансляции транзакций в mempool, даже до того, как они будут добавлены в блокчейн. Если злоумышленник сможет отменить подпись и получить связанный закрытый ключ в течение этого окна до того, как транзакция будет включена в цепочку, он может затем транслировать транзакцию с более высокой комиссией, отправляя монеты себе вместо этого.
Описанный выше сценарий является основной причиной, по которой отказ от повторного использования адреса без перехода на другой алгоритм шифрования не является надежным решением в долгосрочной перспективе. При этом угроза квантовых компьютеров не является непосредственной, и у разработчиков биткоина есть много времени, чтобы подумать о способах смягчения возможных уязвимостей.
Пристальный взгляд на громкий анонс о квантовом взломе алгоритма RSA
Криптография с открытым ключом, основанная на стандарте RSA, используется с конца 1970-х годов. У каждого пользователя есть открытый ключ для целей идентификации и закрытый ключ — пароль — для расшифровки. Открытый ключ основан на двух очень больших простых числах, которые являются секретными. Только получатель знает простые числа, которые необходимы для расшифровки сообщения. Разложение чрезвычайно больших чисел на простые числа, расшифровка закрытого ключа требует преобразования чрезвычайно больших чисел в простые числа, что требует от суперкомпьютеров очень много времени.
Математики знали, что квантовые компьютеры смогут быстро взломать код RSA с 1994 года, когда Питер Шор опубликовал алгоритм разложения чрезвычайно больших чисел на простые числа. В мире технологий ходят слухи, что машины, способные использовать алгоритм Шора для взлома RSA, уже существуют.
В конце 2022 года была опубликована работа, в которой заявлялось о достижении сублинейной оценки для алгоритма факторизации. Основываясь на классическом методе факторизации Шнорра (не путать с квантовым алгоритмом Шора), авторы использовали квантовое ускорение для приближенного получения результатов одного из его этапов — решения задачи поиска короткого вектора в решетке (SVP) небольшой размерности — что позволило им сделать сенсационное заявление о том, что для факторизации числа требуется меньше кубитов, чем его длина, а также квантовые схемы меньшей глубины, чем считалось ранее.
Работоспособность метода была продемонстрирована на примере 48-битового числа RSA и 10-кубитного квантового компьютера. В итоге исследователи делают вывод, что для факторизации 2048-битового числа достаточно 372 физических кубитов. Неудивительно, что некоторые СМИ уже “хоронят” современную асимметричную криптографию, а заодно и постквантовые криптосистемы, основанные на SVP — ведь компания IBM уже анонсировала готовность 433-кубитового квантового процессора Osprey.
Эксперты, однако, считают этот вывод преждевременным ввиду следующих обстоятельств:
- Метод Шнорра до сих пор не имеет корректной оценки сложности. Предполагается, что она является экспоненциальной, причем основная трудоемкость сосредоточена не в решении SVP, а в наборе достаточного количества таких задач (как в методе решета числового поля для факторизации требуется набор достаточного количества соотношений).
- Отсюда следует, что метод по всей видимости Шнорра не масштабируется на числа RSA, реально использующиеся в современной криптографии.
- Метод из этой работы позволяет получить лишь приближенное решение SVP, которое относительно легко скорректировать для небольших чисел и решеток малой размерности, но практически невозможно для реально используемых параметров крипто-систем.
- Метод Шнорра не переносится на криптосистемы на эллиптических кривых (ГОСТ 34.10-2018).
- Квантовая часть алгоритма основывается на подходе Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA), которая имеет сложности со сходимостью (как отмечают авторы: “Тем не менее, сенсорный размер — идеальная базовая ситуация, QAOA обычно работает более чем на один слой, и требуется более глубокая схема. Кроме того, квантовое ускорение неизвестно, до квантового взлома RSA еще далеко”). Таким образом, метод из этой работы на данный момент не представляет угрозы для существующих и перспективных криптосистем.
Достижения в области квантовых вычислений могут в конечном итоге представлять угрозу для Биткойна, но существуют жизнеспособные инженерные решения для смягчения этой угрозы и достаточно времени для работы над ними. Создатель биткойна, Сатоши Накамото, не ожидал роста квантовых вычислений, но он предоставил биткойну возможность обновления. У математиков еще есть время, чтобы найти лучшие формы квантово-устойчивой криптографии, а у майнеров/валидаторов блокчейнов — реализовать ее.
Как защитить Биткоин от атаки квантового компьютера?
Одним из наиболее очевидных способов поддержания безопасности Биткойна в будущем с более мощными квантовыми компьютерами было бы обновление сети Биткойн до более надежной формы шифрования, часто называемой «квантово-стойким шифрованием«. Некоторые альтернативные алгоритмы шифрования с квантовой устойчивостью уже существуют, и основным критерием выбора для разработчиков было бы использование того, который является эффективным и не требует больших затрат памяти.
Вопрос о том, как будет внедрено это обновление, является предметом дискуссий, но одним из способов может быть обновление с помощью софт-форка. Это приводит к созданию нового типа адреса, на который пользователи будут отправлять свои биткоины для достижения квантовой безопасности. Пользователи, которые не отправляют свои монеты на новый, квантово-устойчивый тип кошелька, оставят свои средства уязвимыми для кражи.
Технология блокчейна, скорее всего, будет развиваться для решения проблемы квантовой безопасности к тому времени, когда квантовые компьютеры станут широко доступными. Уже есть такие проекты, как Iota, которые используют технологию Directed Acyclic Graph (DAG), которая считается квантово-устойчивой. В отличие от блоков, составляющих блокчейн, направленные ациклические графы состоят из узлов и соединений между ними. Таким образом, записи крипто-транзакций принимают форму узлов. Затем записи этих обменов накладываются друг на друга.
Блочная решетка — это еще одна технология, основанная на DAG, которая устойчива к квантам. Сети блокчейнов, такие как платформа QAN, используют технологию, позволяющую разработчикам создавать квантово-устойчивые смарт-контракты, децентрализованные приложения и цифровые активы. Решетчатая криптография устойчива к квантовым компьютерам, потому что она основана на проблеме, которую квантовый компьютер, возможно, не сможет легко решить. Название, данное этой проблеме, — проблема кратчайшего вектора (SVP). Математически SVP — это вопрос о нахождении кратчайшего вектора в многомерной решетке.
Считается, что SVP сложно решить квантовым компьютерам из-за природы квантовых вычислений. Только когда состояния кубитов полностью выровнены, квантовый компьютер может использовать принцип суперпозиции. Тем не менее, он должен прибегать к более традиционным методам вычислений, когда состояния не являются. В результате квантовый компьютер вряд ли преуспеет в решении SVP. Вот почему шифрование на основе решетки защищено от квантовых компьютеров.
Даже традиционные организации предприняли шаги по обеспечению квантовой безопасности. JPMorgan и Toshiba объединились для разработки Quantum Key Distribution (QKD), решения, которое, как они утверждают, устойчиво к квантам. С использованием квантовой физики и криптографии QKD позволяет двум сторонам обмениваться конфиденциальными данными, одновременно имея возможность идентифицировать и пресекать любые попытки третьей стороны подслушать транзакцию. Концепция рассматривается как потенциально полезный механизм защиты от гипотетических атак на блокчейн, которые квантовые компьютеры могут осуществить в будущем.
Проблема на самом деле даже не в биткойнах. Если мы получим квантовые компьютеры, которые смогут обрабатывать тысячи кубитов без коррекции и получения согласованных результатов, у нас будет гораздо большая проблема. Большая проблема, с которой мы сталкиваемся, заключается в том, что секретные сообщения, конфиденциальные сообщения, финансовые системы и т. д. во всем мире, всё сегодня зависят от криптографии. Нам нужно будет обновить все это, чтобы сделать его квантово устойчивым.
Заключение
Чтобы квантовые компьютеры стали частью наших повседневных технологий, предстоит решить множество технологических проблем: найти физические кубиты, которые долго сохраняют свои квантовые свойства при высокой температуре, научиться экранировать шумы и излучения, придумать надежные способы снятия информации с квантового процессора.
По прогнозам экспертов, промышленные квантовые компьютеры должны массово появиться примерно к 2025 году. Они будут щелкать традиционные шифры как орехи. Но означает ли все это, что уже через пять лет ни одна ваша сетевая переписка и ни одна банковская транзакция не будут безопасной? Нет, конечно, успокаивают нас специалисты по квантовым технологиям. Шифрование тоже можно сделать квантовым, и взломать такой шифр будет принципиально невозможно.
Вполне возможно, что могут появиться и другие способы атаки, более непредсказуемые, но планирование постквантового шифрования уже находится в процессе — и с помощью механизма форков криптовалюты могут быть обновлены для использования стандартов постквантового шифрования и защиты от этих недостатков.
Биткойн и даже другие криптовалюты и их история полны примеров изменений в оборудовании и программном обеспечении, которые необходимо было внести, чтобы сделать сеть более безопасной и производительной — и хорошие методы обеспечения безопасности в настоящее время (избегая повторного использования кошелька) могут помочь подготовиться к более неопределенному будущему.
Таким образом, добавление квантовых компьютеров в смесь не приведет к внезапному исчезновению классических способов шифрования или тривиальному майнингу — “квантовое превосходство” теперь не означает, что ваше шифрование или безопасность биткойнов находятся под угрозой прямо в этот момент.
Реальная угроза заключается в том, что квантовые компьютеры станут во много раз больше, чем они есть в настоящее время — к этому моменту на первый план выйдет планирование постквантового шифрования, которое уже идет полным ходом. В этот момент биткойн и другие криптовалюты могут разветвляться — и использовать как децентрализованное управление, так и динамизм, когда это необходимо перед лицом новых экзистенциальных угроз и, наконец, победить угрозу “квантового превосходства”.
