Являются ли Квантовые Вычисления убийцами Блокчейна?

Возникающая угроза технологии Блокчейн и как с ней бороться.

 Сторонники криптовалют должны быть осведомлены об угрозах безопасности со стороны технологий, которые находятся на аналогичной стадии развития. Подобно криптовалютам и технологии блокчейн, область квантовых вычислений становится всё более совершенной.

Квантовые вычисления используют квантово-механические компоненты для анализа данных. Квантовые компьютеры используют квантовые биты (кубиты) вместо двоичных цифр (битов) для хранения информации. Таким образом, в то время как классические компьютерные данные имеют состояние либо ноль (0), либо единица (1), кубиты имеют «суперпозицию» состояний, то есть несколько значений одновременно. В результате квантовые компьютеры могут хранить невероятное количество данных и использовать меньше энергии, чем традиционные компьютеры. Некоторые квантовые процессоры более чем в 100 миллионов раз производительнее, чем их нынешние аналоги, работающие с двоичной логикой.

Какое это имеет отношение к технологии блокчейн и криптовалютам? Криптовалюты, такие как Биткоин, работают с использованием криптографии с открытым ключом. Это означает, что системы используют пары ключей для шифрования данных. Открытый (публичный) ключ известен всем на блокчейне, но закрытый (приватный) ключ известен только его владельцу.

Система связывает оба ключа (публичный и приватный) вместе, используя сложную математику. Эта связь характеризуется множителями числа, являющегося произведением двух огромных простых чисел. Таким образом, чтобы извлечь закрытый ключ из открытого ключа, хакер должен вычислить все множители числа (произвести факторизацию), которое является произведением простых чисел. Поскольку эти числа громадны, то практически невозможно взломать код за всю жизнь, по крайней мере, с помощью традиционного компьютера.

Если хакер или группа хакеров могли  бы использовать процессор в 100 миллионов раз мощнее современных процессоров, было бы вполне правдоподобно найти приватные ключи, используя публичные. В этом случае блокчейн, который имеет только открытые (публичные) ключи, может быть использован для атаки.

Именно для этого и необходимы квантовые вычисления. Если хакеры получат доступ к квантовому компьютеру, они могут теоретически взломать регистры криптовалют и взять под контроль блокчейны. 

Что было гигантским скачком для традиционных компьютеров,  —  всего лишь небольшой шаг для квантовых машин?

Конечно, весь этот процесс займет около десяти лет. Из-за сложности кодов шифрования, количества ключей и эволюции технологии blockchain, криптовалюты имеют некоторое время в запасе. Более того, квантовые вычисления еще достаточно молоды и имеют множество внутренних проблем, которые необходимо решить. Тем не менее, угроза действительно растет.

Тем временем, что могут сделать блокчейн-энтузиасты, чтобы снизить риски потенциальных квантовых атак? Самым прямым решением является создание квантово-устойчивых блокчейнов. Одно из решений —  это генерация закрытых ключей более сложным математически способом, чем простая факторизация простых чисел. Вместо факторизации протокол будет генерировать закрытые ключи с использованием криптографических структур на основе хэша. В этом случае вычислительно невозможно перебрать все варианты, как квантовые компьютеры могли бы сделать с традиционными блокчейнами.

Другой вариант —  начать использовать частные (приватные) блокчейны. Частные блокчейны, как следует из их названия, отличаются от публичных блокчейнов тем, что права доступа к ним строго контролируются. Участники должны быть приглашены присоединиться и должны пройти верификацию создателем сети или протоколом, который создал инициатор сети. В этом смысле частные блокчейны по существу являются блокчейнами, управляемыми разрешениями (permission-driven blockchains).

Это не позволит хакерам с использованием квантовых компьютеров находить закрытые ключи из открытых ключей, поскольку у них нет доступа к открытым ключам. Однако основная проблема заключается в том, что частные блокчейны не децентрализованы и не являются распределенными так же, как публичные. Частные сети могут использовать уровневые структуры, создавая тем самым привилегии и централизованное управление. Это нарушает философские основы криптовалют и технологии блокчейн, как считают многие.

К счастью, у команд разработчиков криптовалют и блокчейнов есть время для разработки и тестирования решений. С созданием квантово-устойчивых блокчейнов, уже находящихся в стадии разработки, угроза квантовых вычислений может быть не такой страшной, как первоначально предполагалось.

Теперь некоторые мысли о блокчейне Биткоина в условиях угрозы квантовых вычислений. Биткоину, как системе, удалось просуществовать более девяти лет без каких-либо хаков. Похоже, что основы безопасности у него очень хорошие. Даже если злоумышленник посредством квантовых вычислений взломает 999 999 компьютеров из миллиона, оставшийся один работающий с актуальной копией блокчейна компьютер (предположим, что это автономный), позволит восстановить всё с самого начала и распространить информацию очень быстро через сеть. 

Изобретатель Биткоина создал две криптографические системы безопасности. Первая  —  это использование эллиптической кривой, которая является односторонней функцией, использующей математику простой факторизации. Она действительно уязвима для квантовых технологий. Второй метод шифрования, однако, использует хэш-алгоритмы, которых пока нет в квантовых вычислениях. Эллиптическая кривая не является публичной, пока она не будет востребована. Первый ключ к этому алгоритму уже был использован или обработан. Так что, если кто-то взломает его, там ничего не будет. Это в основном ключ ни к чему.

Кроме того, не забывайте, что квантовые вычисления  —  это очень сложная технология, которая предъявляет много требований. Например, рабочая температура –240 градусов по Цельсию. Затраты на квантовые вычисления не дешевы. В настоящее время цена квантового компьютера составляет около $10 млн.

Каждый когда-либо созданный криптографический алгоритм имеет срок хранения от 20 до 30 лет, прежде чем стать уязвимым для широко доступной коммерческой технологии, которая может его взломать.

Это непрерывная «гонка вооружений». Хорошей новостью является то, что блокчейн Биткоина всегда может получить обновление своего алгоритма, чтобы противостоять квантовой угрозе и реализовать квантово-устойчивую криптографию. Сейчас, поскольку этот риск не является непосредственной угрозой (возможно, только через 10–15 лет это может быть актуально), нет причин для беспокойства.