В отличие от традиционных компьютеров, использующих биты, квантовые машины используют кубиты, которые могут существовать в нескольких состояниях одновременно. Это делает их значительно более эффективными, чем традиционные вычислительные системы, при решении сложных задач.
Для сектора блокчейна рост квантовых технологий представляет значительную угрозу криптографическим системам, которые поддерживают безопасность блокчейна. Современные методы шифрования, такие как Rivest-Shamir-Adleman (RSA) и криптография с эллиптическими кривыми (ECC), широко используются в таких сетях, как Bitcoin и Ethereum.
Их основная сила заключается в их сложности, которую традиционные системы не могут преодолеть. Тем не менее, квантовые машины утверждают, что способны взламывать эти системы, потенциально делая эти сети уязвимыми для атак, которые когда-то считались невероятными.
Поскольку весь сектор, включающий криптовалюты, невзаимозаменяемые токены (NFT) и децентрализованные приложения (dApps), находится под угрозой, срочно необходимы криптографические меры, устойчивые к квантам. По мере того, как мы медленно продвигаемся к постквантовой эре, блокчейн-сектор должен внедрять инновации и адаптироваться.
Чтобы осветить эти вопросы, Лиза Лоуд, исполнительный директор Secret Network Foundation и председатель рабочей группы по квантовым алгоритмам IEEE SA, недавно поговорила с crypto.news о последствиях квантовых вычислений для безопасности блокчейна и о том, как устраняются эти угрозы.
Что такое атаки на квантовые вычисления и почему они считаются угрозой для блокчейна и криптовалют в целом?
Атаки на квантовые вычисления чем-то похожи на современные атаки методом грубой силы в том смысле, что их способность пробовать различные комбинации значительно выше, чем у классических компьютеров. Если у вас кодовый замок с тремя цифрами, существует около тысячи комбинаций, и терпеливый вор может испробовать их все и открыть ваш чемодан или украсть ваш велосипед. Когда у вас есть онлайн-пароль из 12 символов, количество перестановок увеличивается до 7212 различных возможных паролей, с которыми человек не смог бы справиться, но классический компьютер мог бы попробовать их все последовательно и в конечном итоге найти правильную комбинацию. Если у вас есть кошелек с зашифрованным закрытым ключом, количество возможных вариантов увеличивается до 2256. Это слишком много для классических вычислений, но квантовый компьютер мог бы это сделать.
Это упрощение реальности, но оно отражает концепцию того, почему квантовая компьютерная атака представляет угрозу для блокчейнов и криптовалют. Многие предложения по устранению этой угрозы в основном теоретические или зависят от решения по созданию новых блокчейнов с собственным квантовым сопротивлением, но это непрактично, когда в существующих блокчейнах вложены миллионы долларов. Вместо этого некоторые исследователи сосредотачиваются на комплексных фреймворках, которые могут быть применены к существующим блокчейнам 3. Другая менее очевидная, но потенциальная угроза заключается в том, что квантовые компьютеры могут быть способны добывать блоки намного быстрее, чем классические компьютеры, потенциально централизуя мощности для майнинга.
Может ли блокчейн-сектор решить эти проблемы до того, как технология квантовых вычислений будет полностью готова?
Это проблемы, которые мы видим сегодня, но кто знает, что возникнет, когда квантовые вычисления станут реальностью. Мы знаем, что криптография блокчейна развивается специально для противодействия этим угрозам, но самый большой вопрос заключается в том, о чем мы не подумали? Какие существуют угрозы, которые не очевидны сегодня, но возникнут только тогда, когда мы будем использовать эти две технологии в одном пространстве? Мы не знаем ответа, но можем быть уверены в одном: когда блокчейны столкнутся с квантовыми вычислениями, возникнут новые и неожиданные проблемы, требующие решения.
Теоретически квантовые компьютеры могут взломать криптографические алгоритмы RSA и Elliptic Curve; насколько неизбежна угроза для текущих блокчейн-платформ, таких как Bitcoin и Ethereum?
Область квантовой криптографии, хотя и является многообещающей в своем потенциале для взлома существующих шифров, далека от готовности к практическому внедрению. В то же время цепное шифрование продолжает развиваться, и сегодняшние криптографы осознают надвигающуюся квантовую угрозу. В результате этого набора условий разработка новых методов сетевого шифрования считает необходимыми методы с квантовой защитой. Сегодня непосредственной угрозы биткоину или Эфириуму нет просто потому, что квантовое оборудование остается в значительной степени теоретической конструкцией.
Вам также может понравиться: Квантовая чрезвычайная ситуация: гонка Ethereum со временем
Как вы думаете, криптографические стандарты могут помочь защитить сети блокчейна от квантовых угроз? Могут ли они быть интегрированы в существующие системы, такие как Bitcoin и Ethereum?
Существуют различные алгоритмы криптовалют, которые предназначены для обработки квантового сопротивления, такие как SPHINCS +. В то время как я возглавляю комитет по стандартам в IEEE, определяющий лучшие практики написания квантовых алгоритмов, в IEEE и многих других организациях по стандартизации есть другие рабочие группы, работающие над лучшими практиками разработки программного обеспечения, устойчивого к квантам. Блокчейны смогут переключать алгоритмы шифрования раньше, чем многие другие отрасли промышленности. В частности, цепочкам, в которых существует структура управления, будет проще осуществить переключение. Такие цепочки, как биткоин или Эфириум, могут занимать больше времени.
С какими проблемами сталкиваются децентрализованные блокчейны при переходе на постквантовую криптографию? Является ли проблемой псевдонимность, присущая публичным блокчейнам?
Проблема здесь не столько в псевдонимности пользователей блокчейна, сколько в распределении узлов в каждом блокчейне, из которых биткоин является наиболее экстремальным. Любая стратегия смягчения последствий, направленная на обеспечение квантовой защищенности биткоина, почти наверняка потребует изменения формата адреса кошелька. Механизм консенсуса по проверке работоспособности Биткойна находится под меньшей непосредственной угрозой, но его адресная система (основанная на алгоритме цифровой подписи ECDSA – эллиптической кривой) уязвима, и ее необходимо будет изменить. Исторически это был беспорядочный процесс, который создавал хаос и некоторые потери. Ethereum сталкивается с аналогичными проблемами из-за своей адресной структуры и широкого распространения, но у него есть преимущество в том, что его легче модернизировать, чем Биткоин, благодаря возможностям смарт-контрактов.
Итак, да, при переходе любого блокчейна на постквантовую криптографию возникнут проблемы, и чем шире распространение цепочки, тем сложнее будет преодолеть эти проблемы. Кошельки, миграция которых происходит медленнее, могут столкнуться с большей уязвимостью к квантовым атакам. Обеспечение того, чтобы постквантовые системы могли взаимодействовать с унаследованными системами в течение переходного периода, потребует обслуживания двойных систем в течение длительного периода, а более крупная ключевая структура может повлиять на производительность блокчейна.
Итак, существуют ли какие-либо существующие сети блокчейна, оборудованные для перехода?
Некоторые блокчейны, созданные совсем недавно, имеют более простой путь к смягчению последствий. Например, Cosmos настроен таким образом, чтобы упростить миграцию. Все цепочки, построенные на Cosmos SDK, могут захотеть выбрать общий алгоритм квантовой защиты, чтобы упростить интеграцию кошелька. Некоторые цепочки специально разработаны для шифрования данных, которые они передают в транзакциях, такие как Secret Network и Fhenix. Secret использует защищенные аппаратные анклавы (такие как TEE от Intel SGX) для защиты зашифрованных данных в цепочке. Это шифрование устойчиво к квантовым атакам, поскольку защищенные анклавы могут изменять свои схемы шифрования в режиме реального времени с некоторыми последствиями для производительности. Fhenix использует математическое – или полностью гомоморфное шифрование – для защиты данных с помощью сложной схемы шифрования, устойчивой к квантам. Технология FHE не готова к использованию сегодня, но ее временные рамки намного короче, чем у квантовых компьютеров. Это позволяет создавать блокчейны будущего изначально со встроенным квантовым сопротивлением гораздо раньше, чем квантовые вычисления будут готовы атаковать блокчейны.
Сколько времени осталось у блокчейн-сектора до того, как угроза квантовых вычислений станет неизбежной?
К следующим 10-20 годам индустрия [блокчейна] должна быть полностью готова. Многие эксперты считают, что за это время могут появиться квантовые компьютеры, способные взломать существующие криптографические системы. Помимо этого, если не принять меры, квантовые компьютеры, вероятно, смогут взломать большинство современных криптографических систем, используемых в блокчейнах. День, когда квантовые вычисления поставят под угрозу шифрование Биткоина и Эфириума, находится в неопределенном будущем. Что касается того, когда компьютер с достаточным оборудованием и программным обеспечением для решения сложных задач будет готов, основываясь на моделировании количества кубитов, разработанных с 2014 года, и прогнозировании этого срока вперед1, самые ранние оценки относятся к 2035 году, а некоторые говорят, что гораздо позже, вплоть до 2050 года.
" 
