Что такое квантово-устойчивые токены и почему они важны?

Квантово-устойчивые токены используют передовые криптографические методы для защиты от мощных возможностей квантовых компьютеров.

Квантово-устойчивые токены — это новое поколение криптовалют, созданное для устранения уязвимостей, связанных с квантовыми вычислениями. Традиционные криптовалюты, такие как Биткоин и Эфир, полагаются на криптографию эллиптических кривых (ECC), которая безопасна для классических компьютеров, но уязвима для квантовых алгоритмов, таких как алгоритм Шора. Однако потенциальная угроза вызывает беспокойство в будущем.

ECC основан на сложных математических задачах, таких как поиск закрытого ключа из открытого ключа (задача дискретного логарифма). Решение этой проблемы на стандартных компьютерах заняло бы неоправданно много времени, поэтому оно считается безопасным.

Однако квантовые компьютеры могут использовать алгоритм Шора для решения этой проблемы гораздо быстрее. По сути, они могли отличить закрытый ключ от открытого ключа за долю времени, нарушая безопасность системы.

Чтобы противостоять этому, квантово-устойчивые токены реализуют постквантовые криптографические алгоритмы, такие как криптография на основе решетки и схемы подписи на основе хэша. Эти методы основаны на проблемах, которые не могут эффективно решить даже квантовые компьютеры, обеспечивая надежную защиту закрытых ключей, цифровых подписей и сетевых протоколов.
 

Экспоненциальная мощь квантовых вычислений может сделать существующие криптографические протоколы неэффективными, что поставит под угрозу безопасность сетей блокчейнов.

Непревзойденная вычислительная мощность

Квантовые вычисления представляют собой значительный скачок в вычислительных возможностях. В отличие от классических компьютеров, которые обрабатывают информацию в двоичном формате (0 и 1), квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут существовать в нескольких состояниях одновременно из-за квантовых явлений, таких как суперпозиция и запутанность.

Взлом криптографии с открытым ключом

Самая серьезная угроза заключается в возможности взлома криптографии с открытым ключом, которая является краеугольным камнем безопасности блокчейна. Криптография с открытым ключом опирается на два ключа — открытый ключ, к которому может получить доступ каждый, и закрытый ключ, известный только владельцу.

Сила этой системы зависит от математических задач, которые классические компьютеры не могут решить в разумные сроки:

• Шифрование RSA: основано на сложности факторизации больших составных чисел — задача, на решение которой у классических компьютеров могли бы уйти тысячи лет для получения достаточно больших ключей.
• Криптография эллиптических кривых (ECC): используется в Биткоине, Эфириуме и большинстве современных блокчейнов. Она основана на решении проблемы дискретного логарифма, еще одной вычислительно-интенсивной задачи.

Квантовые компьютеры, оснащенные алгоритмом Шора, могут решать эти проблемы экспоненциально быстрее. Например, квантовый компьютер мог бы рассчитать 2048-битный ключ RSA за часы — задача, которая заняла бы у классических суперкомпьютеров непрактичное количество времени.

Хронология угрозы

По оценкам исследований Института глобального риска (GRI), квантовые компьютеры, способные нарушать существующие криптографические стандарты, могут появиться в течение ближайших 10–20 лет. Эту актуальность подчеркивают такие достижения, как квантовый процессор Willow от Google , который недавно достиг рубежа в 105 кубитов. Хотя Willow еще не способна взламывать шифрование, ее разработка демонстрирует быстрый прогресс в направлении более мощных квантовых систем.
 

Квантово-устойчивые токены основаны на передовых криптографических алгоритмах, разработанных для того, чтобы противостоять мощности квантовых компьютеров.

Важность квантово-устойчивых токенов заключается в использовании постквантовых криптографических алгоритмов, которые предназначены для противостояния как классическим, так и квантовым вычислительным атакам. Ниже приведены некоторые из основных используемых техник:

Решеточная криптография

Представьте себе решетчатую криптографию как огромную трехмерную сетку, состоящую из миллиардов крошечных точек. Задача состоит в том, чтобы найти кратчайший путь между двумя точками этой сетки — головоломка настолько сложная, что даже квантовые компьютеры с трудом могут ее решить. Это основа криптографии на основе решетки.

Такие алгоритмы, как CRYSTALS-Kyber и CRYSTALS-Dilithium, подобны этим сверхпрочным замкам. Они эффективны (быстры в использовании) и не занимают много места, что делает их идеальными для сетей блокчейнов.

Криптография на основе хеша

Криптография на основе хэша работает как уникальный отпечаток пальца для каждой транзакции. Хэш — это строка цифр и букв, созданная на основе данных, которую нельзя вернуть в исходную форму. Например, Quantum Resistant Ledger (QRL) использует XMSS для защиты транзакций, предлагая практический и оперативный пример квантовой устойчивости на основе хеша.

Криптография на основе кода

Этот метод работает как сокрытие сообщения внутри шумного радиосигнала. Только тот, у кого есть приватный ключ, может «настроиться» и расшифровать сообщение. Криптосистема McEliece успешно справляется с этой задачей уже более 40 лет, что делает ее одним из наиболее надежных методов шифрования электронной почты. Единственным его недостатком является то, что «радиосигнал» (размер ключа) намного больше, чем у других методов, что может затруднить его хранение и обмен.

Многомерная полиномиальная криптография

Представьте себе головоломку, в которой вам нужно решить несколько сложных уравнений одновременно. Это не просто уравнения; они нелинейны и многомерны (содержат много переменных). Даже квантовые компьютеры не могут решить эти загадки, поэтому они отлично подходят для шифрования.
 

Несколько блокчейн-проектов уже интегрируют квантово-устойчивые криптографические методы для защиты своих сетей.

Quantum Resistant Ledger (QRL)

Quantum Resistant Ledger (QRL) использует XMSS — криптографический метод, основанный на безопасных математических функциях (хешах) для создания цифровых подписей. Думайте об этом как о сверхнадежной печати или штампе, подтверждающем законность транзакции и защиту от несанкционированного доступа.

В отличие от традиционных методов, которые могут сломать квантовые компьютеры, этот подход остается безопасным даже против будущих квантовых технологий. Это гарантирует, что криптовалюты, созданные с помощью QRL, останутся защищенными по мере развития квантовых вычислений.

QANplatform

QANplatform интегрирует решетчатую криптографию в свой блокчейн, обеспечивая квантовоустойчивую безопасность для децентрализованных приложений (DApps) и смарт-контрактов. Платформа также подчеркивает доступность для разработчиков, что упрощает создание безопасных решений.

IOTA

IOTA использует схему одноразовой подписи Winternitz (WOTS), форму постквантовой криптографии, для защиты своей сети на основе Tangle. Будучи одним из постквантовых криптотокенов, этот подход повышает его готовность к квантовому будущему, обеспечивая целостность и безопасность транзакций в его экосистеме.
 

Квантово-устойчивые токены жизненно важны для обеспечения безопасности, целостности и долгосрочной жизнеспособности сетей блокчейнов по мере развития квантовых вычислений.

Защита криптоактивов

Квантово-устойчивые токены жизненно важны для защиты криптоактивов от квантовых уязвимостей в криптографии и квантовых вычислениях. Если квантовые компьютеры раскроют секретные ключи, это может привести к несанкционированному доступу к кошельку и крупномасштабной краже. Путем интеграции решетчатой ​​криптографии или схем цифровой подписи на основе хэша квантовоустойчивые токены гарантируют безопасность закрытых ключей.

Сохранение целостности блокчейна

Целостность сетей блокчейнов зависит от их устойчивости к несанкционированному вмешательству, что подчеркивает важность квантовой устойчивости в криптовалюте. Транзакции должны оставаться неизменными, чтобы обеспечить прозрачность и надежность децентрализованных систем. Однако квантовые вычисления могут поставить под угрозу эту неизменность, позволяя злоумышленникам подделывать или изменять записи транзакций, подрывая доверие к сетям блокчейна.

Конвергенция блокчейна и квантовых вычислений

Источник: rapidinnovation.io

Квантово-устойчивые токены повышают квантовую безопасность блокчейна, защищая записи транзакций с помощью постквантовой криптографии, гарантируя, что даже продвинутые вычислительные атаки не смогут изменить реестр. Эта безопасность важна в таких секторах, как управление цепочками поставок, где сети блокчейнов должны обеспечивать подлинность данных.

Обеспечение будущего экосистемы

Готовность экосистемы к будущему — еще одно важное преимущество квантово-устойчивых токенов. По мере того, как квантовые вычисления становятся более мощными, традиционные криптографические методы необходимо будет заменить или дополнить квантовобезопасными альтернативами. Приняв постквантовую криптографию сейчас, разработчики блокчейнов могут активно защитить свои сети от будущих угроз.

Поддержка соблюдения нормативных требований

Квантово-устойчивые токены могут сыграть важную роль в обеспечении соблюдения нормативных требований . Правительства и регулирующие органы уделяют все больше внимания надежным мерам кибербезопасности по мере того, как цифровые активы получают широкое распространение.
 

Несмотря на преимущества, внедрение квантово-устойчивых токенов сопряжено с рядом проблем, которые необходимо решить.

• Постквантовые криптографические алгоритмы, такие как методы на основе решетки или кода, требуют гораздо большей вычислительной мощности, чем традиционные. Это может замедлить скорость транзакций, снизить масштабируемость блокчейна и увеличить потребление энергии.
• Постквантовая криптография часто требует более крупных ключей и подписей, иногда размером в несколько килобайт. Эти ключи слишком большого размера создают проблемы с хранением, замедляют передачу данных и несовместимы с существующими системами, оптимизированными для небольших полезных нагрузок.
• Универсальных стандартов для квантовоустойчивых алгоритмов пока не существует. Такие организации, как Национальный институт стандартов и технологий (NIST), работают над этим, но до завершения проекты блокчейнов рискуют фрагментироваться, поскольку разные сети принимают несовместимые решения.
• Существующая инфраструктура блокчейна была построена для традиционной криптографии и не может легко интегрировать квантово-безопасные методы. Переход на постквантовую криптографию часто требует дорогостоящих изменений, включая хард-форки, которые могут нарушить работу сетей и расколоть сообщества.
   

Будущее квантово-устойчивой криптографии сосредоточено на обеспечении безопасности цифровой информации пользователей даже с появлением мощных квантовых компьютеров.

Это предполагает многосторонний подход, при котором NIST возглавляет стандартизацию новых криптографических алгоритмов, таких как CRYSTALS-Kyber и CRYSTALS-Dilithium, для широкого внедрения в программном обеспечении, оборудовании и протоколах.

Текущие исследования направлены на совершенствование этих алгоритмов для повышения эффективности и производительности, особенно для устройств с ограниченными ресурсами. Однако ключевые проблемы включают в себя надежное управление ключами, использование гибридных классических/постквантовых подходов во время перехода и обеспечение криптографической гибкости для будущих обновлений алгоритмов.

Реальные примеры, такие как хранилище Solana Winternitz, в котором для квантовой устойчивости используются хэш-подписи, демонстрируют активные шаги на пути к постквантовому миру.

Решающее значение для безопасного перехода имеют решение проблемы угрозы «собери сейчас, расшифруй позже», внедрение постквантовой криптографии в аппаратное обеспечение и повышение осведомленности общественности.