Komputery kwantowe stanowią bezpośrednie zagrożenie dla bezpieczeństwa Bitcoin

Bitcoin szturmem podbija świat. Zdecentralizowana waluta cyfrowa to bezpieczna platforma płatnicza, z której może korzystać każdy. Jest wolny od ingerencji rządu i obsługiwany przez otwartą sieć peer-to-peer.

Ta niezależność jest jednym z powodów, dla których Bitcoin stał się tak popularny, powodując gwałtowny wzrost jego wartości. Na początku 2017 r. pojedynczy bitcoin był wart około 1000 USD. Do listopada 2017 r. wartość ta wzrosła do około 7000 USD. Rzeczywiście, całkowita wartość rynku kryptowalut wynosi około 150 miliardów dolarów.

Kluczową cechą Bitcoina jest jego bezpieczeństwo. Bitcoiny mają dwie ważne funkcje bezpieczeństwa, które uniemożliwiają ich kradzież lub skopiowanie. Oba są oparte na protokołach kryptograficznych, które są trudne do złamania. Innymi słowy, wykorzystują funkcje matematyczne, takie jak faktoryzacja, które są łatwe w jednym kierunku, ale trudne w drugim — przynajmniej dla zwykłego klasycznego komputera.

Ale na horyzoncie pojawia się problem. Komputery kwantowe mogą łatwo rozwiązać te problemy. Obecnie trwają prace nad pierwszymi komputerami kwantowymi.

Rodzi to pilne pytanie: jak bezpieczny jest Bitcoin przed rodzajami ataków kwantowych, które będą możliwe w ciągu najbliższych kilku lat?

Dziś otrzymujemy odpowiedź dzięki pracy Divesha Aggarwala z National University of Singapore i kilku kumpli. Ci faceci zbadali zagrożenie dla Bitcoina stwarzane przez komputery kwantowe i twierdzą, że niebezpieczeństwo jest realne i nieuchronne.

Najpierw trochę tła. Transakcje Bitcoin są przechowywane w rozproszonej księdze, która zestawia wszystkie transakcje przeprowadzone w określonym czasie, zwykle około 10 minut. Ta kolekcja, zwana blokiem, zawiera również skrót kryptograficzny poprzedniego bloku, który zawiera skrót kryptograficzny poprzedniego i tak dalej w łańcuchu. Stąd termin blockchain.

(Hash to funkcja matematyczna, która zamienia zestaw danych o dowolnej długości w zestaw o określonej długości).

Nowy blok musi również zawierać liczbę zwaną jednorazową, która ma specjalną właściwość. Kiedy ta wartość jednorazowa jest zahaszowana lub matematycznie połączona z zawartością bloku, wynik musi być mniejszy niż określona wartość docelowa.

Biorąc pod uwagę wartość jednorazową i zawartość bloku, łatwo to pokazać, co pozwala każdemu zweryfikować blok. Ale generowanie jednorazówki jest czasochłonne, ponieważ jedynym sposobem na to jest brutalna siła — próbowanie liczb jedna po drugiej, aż do znalezienia jednorazówki.

Ten proces znajdowania jednorazówki, zwany kopaniem, jest nagradzany Bitcoinami. Wydobycie jest tak intensywne obliczeniowo, że zadanie jest zwykle dzielone między wiele komputerów, które dzielą nagrodę.

Blok jest następnie umieszczany w rozproszonej księdze i po zweryfikowaniu włączany do łańcucha bloków. Górnicy następnie rozpoczynają pracę na kolejnym bloku.

Czasami dwie grupy wydobywcze znajdują różne identyfikatory i deklarują dwa różne bloki. Protokół Bitcoin mówi, że w tym przypadku blok, nad którym pracowano więcej, zostanie włączony do łańcucha, a drugi odrzucony.

Ten proces ma piętę achillesową. Jeśli grupa górników kontroluje ponad 50 procent mocy obliczeniowej w sieci, zawsze może wydobywać bloki szybciej niż ktokolwiek, kto ma pozostałe 49 procent. W takim przypadku skutecznie kontroluje księgę.

Jeśli jest złośliwy, może wydać bitcoiny dwukrotnie, usuwając transakcje, aby nigdy nie zostały włączone do łańcucha bloków. Pozostałe 49 procent górników nie jest mądrzejszych, ponieważ nie mają nadzoru nad procesem wydobycia.

Stwarza to okazję dla złośliwego właściciela komputera kwantowego do pracy jako górnik bitcoinów. Jeśli ta moc obliczeniowa przekroczy próg 50 procent, może robić to, co chce.

Dlatego Aggarwal i spółka szczegółowo badają prawdopodobieństwo, że komputer kwantowy stanie się tak potężny w sieci. Analizują przewidywane częstotliwości taktowania komputerów kwantowych na następne 10 lat i porównują je z prawdopodobną mocą konwencjonalnego sprzętu.

Ich zakończenie będzie ulgą dla górników Bitcoin na całym świecie. Aggarwal i spółka twierdzą, że większość wydobycia jest wykonywana przez układy scalone specyficzne dla aplikacji (ASIC) produkowane przez firmy takie jak Nvidia. Ten sprzęt prawdopodobnie utrzyma przewagę szybkości nad komputerami kwantowymi w ciągu najbliższych 10 lat.

Uważamy, że dowód pracy używany przez Bitcoin jest stosunkowo odporny na znaczne przyspieszenie przez komputery kwantowe w ciągu najbliższych 10 lat, głównie dlatego, że wyspecjalizowani górnicy ASIC są niezwykle szybcy w porównaniu z szacowaną szybkością zegara komputerów kwantowych w krótkim okresie .

Ale istnieje inne zagrożenie, które jest znacznie bardziej niepokojące. Bitcoin ma inną funkcję bezpieczeństwa kryptograficznego, aby zapewnić, że tylko właściciel Bitcoina może go wydać. Opiera się to na tej samej matematyce, która jest stosowana w schematach szyfrowania kluczem publicznym.

Pomysł polega na tym, że właściciel generuje dwie liczby — klucz prywatny, który jest tajny i klucz publiczny, który jest publikowany. Klucz publiczny można łatwo wygenerować z klucza prywatnego, ale nie odwrotnie. Podpis może służyć do weryfikacji, czy właściciel posiada klucz prywatny, bez ujawniania klucza prywatnego, przy użyciu techniki znanej jako schemat podpisu z krzywą eliptyczną.

W ten sposób odbiorca może zweryfikować, czy właściciel posiada klucz prywatny i w związku z tym ma prawo do wydania Bitcoina.

Jedynym sposobem na oszukanie tego systemu jest obliczenie klucza prywatnego za pomocą klucza publicznego, co jest niezwykle trudne w przypadku konwencjonalnych komputerów. Ale z komputerem kwantowym jest to łatwe.

I właśnie dlatego komputery kwantowe stanowią poważne zagrożenie dla Bitcoina. Schemat sygnatur krzywej eliptycznej używany przez Bitcoin jest znacznie bardziej zagrożony i może zostać całkowicie złamany przez komputer kwantowy już w 2027 roku, mówią Aggarwal i spółka.

Rzeczywiście, komputery kwantowe stwarzają podobne zagrożenie dla wszystkich schematów szyfrowania, które wykorzystują podobną technologię, która obejmuje wiele powszechnych form szyfrowania.

Istnieją schematy klucza publicznego, które są odporne na ataki komputerów kwantowych. Można więc sobie wyobrazić, że protokoły Bitcoin mogłyby zostać zrewidowane, aby system był bezpieczniejszy. Ale teraz nie ma takich planów.

Bitcoin nie jest obcy kontrowersjom. Przetrwał różne burze nad swoim bezpieczeństwem. Ale to nie gwarantuje, że poradzi sobie dobrze w przyszłości. Jedno jest pewne: presja na zmiany wzrośnie, gdy w ciągu najbliższych kilku lat pojawią się pierwsze potężne komputery kwantowe.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1710.10377 : Kwantowe ataki na Bitcoin i jak się przed nimi chronić

ukryć