Κβαντικοί υπολογιστές για την εκτέλεση οικονομικών μοντέλων για την υιοθέτηση κρυπτονομισμάτων

Σύμφωνα με πολλούς λογαριασμούς, ο κβαντικός υπολογισμός (QC), ο οποίος χρησιμοποιεί ατομική «σπιν» αντί για ηλεκτρικό φορτίο για να αναπαραστήσει τα δυαδικά 1 και 0 του, εξελίσσεται με εκθετικό ρυθμό. Εάν το QC υλοποιηθεί ποτέ σε κλίμακα, θα μπορούσε να είναι ένα όφελος για την ανθρώπινη κοινωνία, συμβάλλοντας στη βελτίωση των αποδόσεων των καλλιεργειών, στο σχεδιασμό καλύτερων φαρμάκων και στην κατασκευή ασφαλέστερων αεροπλάνων, μεταξύ άλλων πλεονεκτημάτων. 

Ο τομέας κρυπτογράφησης θα μπορούσε επίσης να κερδίσει. Μόλις την περασμένη εβδομάδα, για παράδειγμα, ένα έργο που ανατέθηκε από την Τράπεζα του Καναδά προσομοίωσε την υιοθέτηση κρυπτονομισμάτων μεταξύ καναδικών χρηματοπιστωτικών οργανισμών χρησιμοποιώντας κβαντικούς υπολογισμούς. 

«Θέλαμε να δοκιμάσουμε τη δύναμη του κβαντικού υπολογισμού σε μια ερευνητική υπόθεση που είναι δύσκολο να λυθεί χρησιμοποιώντας κλασικές υπολογιστικές τεχνικές», δήλωσε η Maryam Haghighi, διευθύντρια επιστήμης δεδομένων στην Τράπεζα του Καναδά, σε δελτίο τύπου. 

Όμως, άλλοι ανησυχούν ότι ο κβαντικός υπολογισμός, δεδομένης της εξαιρετικής δύναμης «ωμής δύναμης» του, θα μπορούσε επίσης να σπάσει την κρυπτογραφική δομή του blockchain, η οποία έχει εξυπηρετήσει το Bitcoin (BTC) τόσο καλά από την έναρξή του. Πράγματι, ορισμένοι λένε ότι είναι μόνο θέμα χρόνου οι κβαντικοί υπολογιστές να είναι σε θέση να αναγνωρίσουν τους τεράστιους πρώτους αριθμούς που είναι βασικά συστατικά ενός ιδιωτικού κλειδιού BTC - υποθέτοντας ότι δεν έχουν αναπτυχθεί αντίμετρα. 

Σε αυτές τις γραμμές, ένα άρθρο που δημοσιεύτηκε πρόσφατα υπολογίζεται ακριβώς πόση κβαντική ισχύς θα χρειαζόταν για να αντιγραφεί ένα ιδιωτικό κλειδί BTC, δηλαδή, «ο αριθμός των φυσικών qubits που απαιτούνται για να σπάσει η κρυπτογράφηση της ελλειπτικής καμπύλης 256-bit των κλειδιών στο δίκτυο Bitcoin», όπως εξηγούν οι συγγραφείς της εργασίας, οι οποίοι είναι σχετίζεται με το Πανεπιστήμιο του Sussex. 

Σίγουρα, αυτό δεν θα είναι εύκολο έργο. Ο αλγόριθμος του Bitcoin που μετατρέπει τα δημόσια κλειδιά σε ιδιωτικά κλειδιά είναι "μονόδρομος", πράγμα που σημαίνει ότι είναι εύκολο να δημιουργηθεί ένα δημόσιο κλειδί από ένα ιδιωτικό κλειδί, αλλά σχεδόν αδύνατο να εξαχθεί ένα ιδιωτικό κλειδί από ένα δημόσιο κλειδί χρησιμοποιώντας σημερινούς υπολογιστές. 

Επιπλέον, όλα αυτά θα πρέπει να γίνουν σε περίπου 10 λεπτά, το μέσο χρονικό διάστημα που ένα δημόσιο κλειδί είναι εκτεθειμένο ή ευάλωτο στο δίκτυο Bitcoin. Υποθέτει επίσης ότι το δημόσιο κλειδί είναι πανομοιότυπο με τη διεύθυνση BTC, όπως ήταν τα περισσότερα στις πρώτες μέρες του Bitcoin προτού γίνει κοινή πρακτική η χρήση του αλγόριθμου KECCAK για «κατακερματισμό» δημόσιων κλειδιών για τη δημιουργία διευθύνσεων BTC. Υπολογίζεται ότι περίπου το ένα τέταρτο του υπάρχοντος Bitcoin χρησιμοποιεί μη κατακερματισμένα δημόσια κλειδιά.

Λαμβάνοντας υπόψη αυτούς τους περιορισμούς, οι συγγραφείς εκτιμούν ότι θα χρειαστούν 1.9 δισεκατομμύρια qubits για να διεισδύσουν ένα μεμονωμένο ιδιωτικό κλειδί Bitcoin μέσα σε 10 λεπτά. Τα Qubits, ή τα κβαντικά bit, είναι τα ανάλογα με τα "bits" στον κλασικό υπολογισμό. Συγκριτικά, οι περισσότεροι υπολογιστές proto-QC σήμερα μπορούν να καλέσουν 50-100 qubits, αν και ο υπερσύγχρονος κβαντικός επεξεργαστής Eagle της IBM μπορεί να διαχειριστεί 127 qubits. 

Με άλλα λόγια, αυτό είναι 127 qubits έναντι των 1.9 δισεκατομμυρίων που απαιτούνται για να σπάσει η ασφάλεια του Bitcoin χρησιμοποιώντας έναν μεγάλης κλίμακας παγιδευμένο κβαντικό υπολογιστή ιόντων, όπως προτείνεται στο έγγραφο AVS Quantum Science.

Ο Mark Webber, κβαντικός αρχιτέκτονας στην Universal Quantum, μια εταιρεία spin-out του Πανεπιστημίου του Sussex, και ο κύριος συγγραφέας της εφημερίδας, είπε, «Η εκτιμώμενη απαίτησή μας […] υποδηλώνει ότι το Bitcoin πρέπει να θεωρείται ασφαλές από μια κβαντική επίθεση προς το παρόν, αλλά οι τεχνολογίες κβαντικών υπολογιστών κλιμακώνονται γρήγορα με τακτικές ανακαλύψεις που επηρεάζουν τέτοιες εκτιμήσεις και τις καθιστούν ένα πολύ πιθανό σενάριο μέσα στα επόμενα 10 χρόνια». 

Είναι αληθινή η απειλή;

Θα μπορούσε πραγματικά να σπάσει η ασφάλεια του Bitcoin; «Νομίζω ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να σπάσουν τα κρυπτονομίσματα», είπε ο Takaya Miyano, καθηγητής μηχανολογίας στο Πανεπιστήμιο Ritsumeikan της Ιαπωνίας, στην Cointelegraph, «Όμως, όχι σε λίγα χρόνια, αλλά σε 10-20 χρόνια».

Ο Miyano ηγήθηκε πρόσφατα μιας ομάδας που ανέπτυξε έναν κρυπτογράφηση ροής που βασίζεται στο χάος, σχεδιασμένος να αντέχει σε επιθέσεις από μεγάλης κλίμακας κβαντικούς υπολογιστές.

Ο David Chaum, που έγραφε πέρυσι για την Cointelegraph, έκρουσε επίσης τον κώδωνα του κινδύνου — όχι μόνο για κρυπτογράφηση αλλά και για την ευρύτερη κοινωνία:

«Ίσως το πιο τρομακτικό για μια κοινωνία που βασίζεται τόσο στο Διαδίκτυο, οι υπολογιστές σε κβαντικό επίπεδο θέτει σε κίνδυνο όλες τις ψηφιακές μας υποδομές. Το σύγχρονο Διαδίκτυό μας βασίζεται στην κρυπτογραφία — τη χρήση κωδικών και κλειδιών για την ασφαλή ιδιωτική επικοινωνία και αποθήκευση δεδομένων.»

Εν τω μεταξύ, για κρυπτονομίσματα όπως το Bitcoin και ο Ether (ETH), «για τους οποίους αυτή η ιδέα είναι θεμελιώδης, ένας αρκετά ισχυρός κβαντικός υπολογιστής θα μπορούσε να σημαίνει την κλοπή δισεκατομμυρίων δολαρίων αξίας ή την καταστροφή ενός ολόκληρου blockchain συνολικά», συνέχισε ο Chaum.

Υπάρχουν περισσότερα από 4 εκατομμύρια BTC «που είναι δυνητικά ευάλωτα σε μια κβαντική επίθεση», συμβουλευτική εταιρεία Deloitte εκτιμήσεις, ένας αριθμός που περιλαμβάνει ιδιοκτήτες που χρησιμοποιούν μη κατακερματισμένα δημόσια κλειδιά ή που επαναχρησιμοποιούν διευθύνσεις BTC, μια άλλη παράλογη πρακτική. Σε τρέχουσες τιμές αγοράς, αυτό ανέρχεται σε περίπου 171 δισεκατομμύρια δολάρια σε κίνδυνο. 

Πρόσφατος: Οι ασύμμετρες πληροφορίες οδηγούν τις άγριες διακυμάνσεις των τιμών των κρυπτονομισμάτων;

«Προσωπικά, πιστεύω ότι δεν μπορούμε αυτή τη στιγμή να κάνουμε μια καλή εκτίμηση» του χρόνου που θα χρειαστεί για να μπορέσουν οι κβαντικοί υπολογιστές να σπάσουν την κρυπτογράφηση του BTC, ο Itan Barmes, επικεφαλής της κβαντικής ασφάλειας στην Deloitte Netherlands και συνεργάτης του έργου στο Παγκόσμιο Οικονομικό Φόρουμ, είπε στην Cointelegraph. Όμως, πολλοί ειδικοί σήμερα υπολογίζουν 10-15 χρόνια, είπε. Πολλές από αυτές τις εκτιμήσεις, επίσης, είναι για σπάσιμο της κρυπτογράφησης χωρίς χρονικούς περιορισμούς. Το να τα κάνεις όλα μέσα σε 10 λεπτά θα είναι πιο δύσκολο.

Άλλα κρυπτονομίσματα, όχι μόνο το Bitcoin, θα μπορούσαν επίσης να είναι ευάλωτα, συμπεριλαμβανομένων εκείνων με μηχανισμούς επικύρωσης απόδειξης στοιχήματος (PoS). Το Bitcoin χρησιμοποιεί ένα πρωτόκολλο απόδειξης εργασίας (PoW). «Εάν το πρωτόκολλο blockchain εκθέτει τα δημόσια κλειδιά για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα, γίνεται αυτόματα ευάλωτο σε κβαντικές επιθέσεις», είπε στην Cointelegraph ο Μάρεκ Ναρόζνιακ, φυσικός και μέλος της κβαντικής ερευνητικής ομάδας του Tim Byrnes στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης. «Θα μπορούσε να επιτρέψει σε έναν εισβολέα να πλαστογραφήσει συναλλαγές ή να υποδυθεί την ταυτότητα των παραγωγών μπλοκ για συστήματα PoS». 

Ώρα για προετοιμασία

Φαίνεται ότι η βιομηχανία κρυπτογράφησης μπορεί να έχει περίπου μια δεκαετία για να προετοιμαστεί για μια πιθανή επίθεση QC, και αυτό είναι κρίσιμο. Ο Ναρόζνιακ σημείωσε:

«Υπάρχει περισσότερος από αρκετός χρόνος για την ανάπτυξη προτύπων κρυπτογράφησης ασφαλών για κβαντική χρήση και την επεξεργασία επαρκών πιρουνιών για τα επί του παρόντος χρησιμοποιούμενα πρωτόκολλα blockchain».

Όταν ρωτήθηκε αν ήταν σίγουρος ότι η μετακβαντική κρυπτογραφία θα αναπτυχθεί εγκαίρως για να αποτρέψει τους χάκερ πριν σπάσει το φράγμα των 10 λεπτών, ο Barmes της Deloitte αναφέρθηκε σε μια πιο πρόσφατη εργασία που συν-συγγραφέας σχετικά με τους κβαντικούς κινδύνους για το blockchain Ethereum που περιγράφει δύο τύπους επιθέσεων: μια επίθεση αποθήκευσης και μια επίθεση διαμετακόμισης. Το πρώτο "είναι λιγότερο περίπλοκο στην εκτέλεση, αλλά για να αμυνθείτε εναντίον του, δεν χρειάζεται απαραίτητα να αντικαταστήσετε τον αλγόριθμο κρυπτογράφησης." Από την άλλη, είπε στην Cointelegraph:

«Η επίθεση διέλευσης είναι πολύ πιο δύσκολο να εκτελεστεί και είναι επίσης πολύ πιο δύσκολο να προστατευτεί. Υπάρχουν ορισμένοι υποψήφιοι αλγόριθμοι που πιστεύεται ότι είναι ανθεκτικοί σε κβαντικές επιθέσεις. Ωστόσο, όλα έχουν μειονεκτήματα απόδοσης που μπορεί να είναι επιζήμια για την εφαρμογή και την επεκτασιμότητα στο blockchain».

Ένας αγώνας εξοπλισμού;

Αυτό που εκτυλίσσεται σε αυτόν τον τομέα, λοιπόν, φαίνεται να είναι ένα είδος κούρσας εξοπλισμών - καθώς οι υπολογιστές γίνονται πιο ισχυροί, θα πρέπει να αναπτυχθούν αμυντικοί αλγόριθμοι για να αντιμετωπίσουν την απειλή. 

«Αυτό το συνολικό μοτίβο δεν είναι πραγματικά κάτι καινούργιο για εμάς», είπε ο Narozniak. «Το βλέπουμε και σε άλλους κλάδους». Εισάγονται καινοτομίες και άλλοι προσπαθούν να τις κλέψουν, έτσι αναπτύσσονται μηχανισμοί προστασίας από την πειρατεία, που προκαλούν ακόμη πιο έξυπνες συσκευές κλοπής. 

«Αυτό που κάνει αυτή την ασφαλή για κβαντική περίπτωση κρυπτογραφίας λίγο διαφορετική είναι ότι οι κβαντικοί αλγόριθμοι επιβάλλουν μια πιο δραστική αλλαγή. Εξάλλου, αυτές οι συσκευές βασίζονται σε διαφορετική φυσική και για ορισμένα προβλήματα προσφέρουν διαφορετική υπολογιστική πολυπλοκότητα», πρόσθεσε ο Narozniak.

Πράγματι, το QC χρησιμοποιεί μια παράξενη ποιότητα κβαντομηχανικής όπου ένα ηλεκτρόνιο ή ένα ατομικό σωματίδιο μπορεί να βρίσκεται σε δύο καταστάσεις ταυτόχρονα. Στην κλασική υπολογιστική, ένα ηλεκτρικό φορτίο αντιπροσωπεύει την πληροφορία είτε ως 0 είτε ως 1 και αυτό είναι σταθερό, αλλά στον κβαντικό υπολογισμό, ένα ατομικό σωματίδιο μπορεί να είναι και 0 και 1, ή 1 και 1, ή 0 και ένα 0, κ.λπ. Εάν μπορεί να αξιοποιηθεί αυτή η μοναδική ποιότητα, η υπολογιστική ισχύς εκρήγνυται πολλαπλά και η ανάπτυξη του QC, σε συνδυασμό με τον αλγόριθμο του Shor - που περιγράφηκε για πρώτη φορά το 1994 ως μια θεωρητική πιθανότητα, αλλά σύντομα θα είναι μια ευρεία πραγματικότητα, πιστεύουν πολλοί - απειλεί επίσης για να ξεσπάσει η κρυπτογράφηση RSA, η οποία χρησιμοποιείται σε μεγάλο μέρος του Διαδικτύου, συμπεριλαμβανομένων ιστοτόπων και email. 

«Ναι, είναι ένας πολύ σκληρός και συναρπαστικός αγώνας όπλων», είπε ο Miyano στην Cointelegraph. «Οι επιθέσεις — συμπεριλαμβανομένων των επιθέσεων πλευρικού καναλιού — στα κρυπτοσυστήματα γίνονται όλο και πιο ισχυρές, λόγω της προόδου στους υπολογιστές και τους μαθηματικούς αλγόριθμους που εκτελούνται στα μηχανήματα. Οποιοδήποτε κρυπτοσύστημα θα μπορούσε να σπάσει ξαφνικά λόγω της εμφάνισης ενός απίστευτα ισχυρού αλγορίθμου».

Προσομοίωση οικονομικών σχέσεων 

Ωστόσο, δεν θα πρέπει απαραίτητα να υποθέσει κανείς ότι ο αντίκτυπος του κβαντικού υπολογισμού στον τομέα των κρυπτονομισμάτων θα είναι εντελώς επιζήμιος. Ο Samuel Mugel, επικεφαλής τεχνολογίας στη Multiverse Computing, την εταιρεία που ηγήθηκε του προαναφερθέντος προγράμματος στην Τράπεζα του Καναδά, εξήγησε ότι στο πιλοτικό πρόγραμμα, μπόρεσαν να προσομοιώσουν ένα δίκτυο οικονομικών σχέσεων στο οποίο οι αποφάσεις που θα μπορούσε να λάβει μια επιχείρηση ήταν εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από αποφάσεις άλλων εταιρειών, εξηγώντας περαιτέρω στην Cointelegraph:

«Τα δίκτυα θεωρίας παιχνιδιών όπως αυτό είναι πολύ δύσκολο να επιλυθούν από τους κανονικούς υπερυπολογιστές, επειδή οι πιο βέλτιστες συμπεριφορές μπορούν να παραβλεφθούν. Οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν τρόπους να αντιμετωπίσουν αυτό το είδος προβλήματος πιο αποτελεσματικά».

Οι συσκευές που βασίζονται στην κβαντική μηχανική προσφέρουν ενδεχομένως άλλες μοναδικές δυνατότητες, πρόσθεσε ο Narozniak, «Για παράδειγμα, σε αντίθεση με τις κλασσικές καταστάσεις, οι κβαντικές καταστάσεις δεν μπορούν να αντιγραφούν. Εάν τα ψηφιακά μάρκες αναπαραστάθηκαν χρησιμοποιώντας τις κβαντικές καταστάσεις, το θεώρημα της μη κλωνοποίησης θα τα προστάτευε αυτόματα από το να δαπανηθούν διπλά».

Πρόσφατος: Το Crypto θεωρείται το «μέλλον του χρήματος» σε χώρες που πλήττονται από τον πληθωρισμό

Η κβαντική εμπλοκή θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την εξασφάλιση κβαντικών έξυπνων συμβολαίων, είπε ο Narozniak. «Τα διακριτικά θα μπορούσαν να εμπλακούν κατά την εκτέλεση της σύμβασης καθιστώντας και τα δύο μέρη ευάλωτα σε ενδεχόμενη απώλεια, εάν το έξυπνο συμβόλαιο δεν εκτελεστεί όπως έχει συμφωνηθεί».

Ανάπτυξη μετακβαντικής κρυπτογραφίας

Συνολικά, η απειλή για την κρυπτογράφηση από τους κβαντικούς υπολογιστές φαίνεται πραγματική, αλλά θα απαιτηθεί τεράστια ισχύς για να παραβιαστεί η κρυπτογραφία της κρυπτογράφησης και οι χάκερ θα πρέπει επίσης να εργαστούν υπό αυστηρούς χρονικούς περιορισμούς – έχοντας μόνο 10 λεπτά για να διεισδύσουν σε ένα ιδιωτικό κλειδί BTC. για παράδειγμα. Η πραγματικότητα της διάρρηξης της κρυπτογράφησης της ελλειπτικής καμπύλης του Bitcoin μέσω της χρήσης κβαντικών υπολογιστών απέχει επίσης τουλάχιστον μια δεκαετία. Ωστόσο, ο κλάδος πρέπει να ξεκινήσει τώρα με την ανάπτυξη αποτρεπτικών. «Θα έλεγα ότι πρέπει να είμαστε έτοιμοι στην ώρα μας, αλλά πρέπει να αρχίσουμε να δουλεύουμε σοβαρά σε αυτό», είπε ο Μπάρμες.

Στην πραγματικότητα, ένας σημαντικός όγκος έρευνας πραγματοποιείται τώρα «στη μετα-κβαντική κρυπτογράφηση», είπε στην Cointelegraph ο Dawn Song, καθηγητής στο τμήμα επιστήμης υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, προσθέτοντας:

«Είναι σημαντικό να αναπτύξουμε κρυπτογραφία ανθεκτική στην κβαντική ή μετακβαντική κρυπτογραφία, ώστε να έχουμε έτοιμες τις εναλλακτικές λύσεις όταν οι κβαντικοί υπολογιστές είναι αρκετά ισχυροί στην πραγματικότητα».