Одно из самых известных применений квантовых компьютеров - преодоление математических проблем, лежащих в основе большинства используемых в настоящее время криптографий. С тех пор, как Google объявил о достижении своего квантового превосходства, появляется все больше статей, предсказывающих упадок криптографии, которая в настоящее время используется в Интернете в целом и Bitcoin в частности. Цель этого руководства - дать представление о рисках, которые квантовые компьютеры представляют для Bitcoin.

Квантовые компьютеры и криптография

Существует множество мнений о том, что квантовые компьютеры представляют собой экзистенциальную угрозу для криптографии.

В криптографии пара закрытого и открытого ключей создается таким образом, чтобы между двумя ключами существовала математическая связь. Как следует из названия, закрытый ключ хранится в секрете, а открытый ключ становится общедоступным. Это позволяет людям создавать цифровую подпись (используя свой закрытый ключ), которая может быть проверена любым лицом, владеющим соответствующим открытым ключом. Эта схема широко используется во многих сферах, включая финансовую индустрию, для доказательства подлинности и целостности транзакций.
Вступай в наше сообщество в TELEGRAM канале
Безопасность криптографии основана на математическом принципе, называемом «односторонняя функция». Этот принцип гласит, что открытый ключ может быть легко получен из закрытого ключа, но не наоборот. Все известные алгоритмы получения закрытого ключа из открытого ключа требуют невероятного количества времени для выполнения таких вычислений и поэтому непрактичны. Однако в 1994 году математик Питер Шор опубликовал квантовый алгоритм, который может нарушить предположение о безопасности большинства распространенных алгоритмов криптографии. Это означает, что любой, у кого есть достаточно большой квантовый компьютер, может использовать этот алгоритм для получения закрытого ключа из соответствующего открытого ключа и, таким образом, фальсификации любой цифровой подписи.

Влияние квантовых компьютеров на Bitcoin

Чтобы понять влияние квантовых компьютеров на Bitcoin, давайте начнем с краткого обзора того, как работают Bitcoin-транзакции. Bitcoin - это децентрализованная система для передачи стоимости. В отличие от банковской системы, в которой банк несет ответственность за предоставление клиентам банковского счета, пользователь Bitcoin отвечает за создание своего собственного (случайного) адреса. Проще говоря, компьютер пользователя генерирует случайный Bitcoin-адрес и закрытый ключ, необходимый для совершения транзакций с этого адреса.

Перемещение Bitcoin с одного адреса на другой называется транзакцией. Такая транзакция аналогична отправке денег с одного банковского счета на другой. В Bitcoin отправитель должен авторизовать свои транзакции, предоставив цифровую подпись, подтверждающую, что он является владельцем адреса, на котором хранятся деньги.

Помните: кто-то, кто владеет вашим открытым ключом и транзакционным квантовым компьютером, может подделать эту подпись и, следовательно, потенциально потратить чей-либо Bitcoin!

В сети Bitcoin, какие транзакции будут приняты в сеть, в конечном итоге остается на усмотрение так называемых майнеров. Майнеры соревнуются за обработку следующего набора транзакций, также называемых блоками. Тот, кто выиграет гонку, может построить следующий блок, и по мере того, как он это делает, дает ему новые криптовалюты в качестве награды. Блоки Bitcoin связаны друг с другом последовательно. Вместе они образуют цепочку блоков, также называемую «цепочкой блоков».

Устойчив ли природа блокчейна Bitcoin к квантовым атакам сейчас и в будущем?

Предположим на минуту, что все уязвимые держатели Bitcoin переводят свои средства на защищенные адреса. Означает ли это, что блокчейн Bitcoin больше не уязвим для квантовых атак? Ответ на этот вопрос на самом деле не так прост. Предпосылкой для «квантовой безопасности» является то, что открытый ключ, связанный с этим адресом, не является публичным. Однако, как мы объясняли выше, всякий раз, когда вы хотите перевести деньги с такого «безопасного» адреса, вы делаете адрес уязвимым, раскрывая открытый ключ. С этого момента, пока ваша транзакция не будет «удалена», злоумышленник с помощью квантового компьютера находит возможность украсть ваши криптовалюты. В такой атаке злоумышленник сначала получит ваш закрытый ключ из открытого ключа, а затем инициирует конкурирующую транзакцию на свой адрес.
В блокчейне Bitcoin на выполнение транзакций в настоящее время уходит около 10 минут. Пока квантовому компьютеру требуется больше времени для получения закрытого ключа определенного открытого ключа, сеть будет защищена от квантовой атаки. Текущие научные оценки предсказывают, что квантовому компьютеру потребуется около 8 часов, чтобы взломать ключ RSA, а некоторые специальные расчеты предсказывают, что подпись Bitcoin может быть взломана в течение 30 минут. Это означает, что Bitcoin в принципе должен быть устойчивым к квантовым атакам (если вы не используете повторно адреса). Однако, поскольку область квантовых компьютеров все еще находится в зачаточном состоянии, неясно, насколько быстрым будет такой квантовый компьютер в будущем.

Последние мысли

Квантовые компьютеры представляют собой серьезную угрозу безопасности блокчейна Bitcoin. В настоящее время около 25% Bitcoin в обращении уязвимы для квантовой атаки. Если у вас есть Bitcoin на незащищенном адресе, и вы считаете, что прогресс в квантовых вычислениях более продвинут, чем кто-либо знает, вам, вероятно, следует перевести свои монеты на новый адрес.

Если ваши собственные Bitcoin в безопасности по новому адресу, вы все равно можете пострадать, если многие люди не будут (или не примут) те же меры безопасности. В ситуации, когда будет украдено большое количество Bitcoin, цена, вероятно, упадет, и доверие к технологии будет потеряно.

Даже если все примут одинаковые меры безопасности, квантовые компьютеры могут в конечном итоге стать настолько быстрыми, что они могут подорвать процесс транзакции Bitcoin. В этом случае безопасность блокчейна Bitcoin будет в корне нарушена. В этом случае единственное решение - перейти на новый тип криптографии, называемый «постквантовая криптография», который, как считается, по своей природе устойчив к квантовым атакам. Эти типы алгоритмов создают другие проблемы для удобства использования блокчейнов и изучаются криптографами по всему миру. Мы ожидаем, что будущие исследования постквантовой криптографии в конечном итоге принесут необходимые изменения для создания надежных и перспективных приложений блокчейна.