Квантовые компьютеры – убийцы открытых блокчейнов?

О новой угрозе блокчейн-технологиям и о том, как ей противостоять.

Запуск биткойн-фьючерсов в декабре спровоцировал новую волну дискуссий вокруг того, какие сейчас существуют угрозы криптовалютному гиганту. Теперь, когда у Биткойна есть прямая связь с традиционным финансовым миром, регуляторы будут стремиться навязать ему свои правила. Комиссия по торговле товарными фьючерсами (CFTC) уже косвенно занимается этим, так как регулирует биржи, где торгуются биткойн-фьючерсы. Комиссия по ценным бумагам и биржам (SEC) хоть пока и не влияет напрямую на Биткойн, но недавно высказала свою позицию по криптовалютам в целом.

Одна из причин, почему криптовалютное сообщество так серьёзно обеспокоено регулированием, в том, что безопасность криптовалют – основа их долговечности, а значит, ключ к успеху. Если регуляторы и центральные правительства нарушат безопасность криптовалют посредством регулирования или других мер, это подорвёт их долгосрочную жизнеспособность.

Тем не менее сторонникам криптовалют следует также знать о других угрозах безопасности – тех, что находятся на похожем этапе развития. Как и криптовалюты и блокчейн, область квантовых вычислений вступает в стадию зрелости.

Квантовые вычисления используют для анализа данных квантовомеханические компоненты. Квантовые компьютеры для хранения информации вместо двоичного разряда (бит) используют квантовый разряд (кубит). Таким образом, если в классических компьютерах элементы данных могут быть в состояниях «0» или «1», то кубиты обладают «суперпозицией» состояний, т. е. множеством значений одновременно. Как следствие, квантовые компьютеры могут хранить невероятные объёмы данных и потреблять меньше энергии, чем традиционные компьютеры. Некоторые квантовые процессоры работают в 100 млн раз быстрее, чем современные традиционные процессоры.

Какое отношение это имеет к технологии блокчейна и криптовалютам? Криптовалюты, такие как Биткойн, используют криптографию с публичным ключом. Это значит, что системы используют пары ключей для шифрования данных. Публичный ключ известен всем участникам блокчейна, тогда как приватный ключ известен только его владельцу.

Системы с публичным ключом связывают два ключа с помощью сложной математики. Эта связь равна множителям числа, являющегося произведением двух очень больших простых чисел. Таким образом, чтобы получить приватный ключ из одного лишь публичного ключа, хакеру нужно найти множители числа – произведения простых чисел. Так как это очень большие числа, на взлом кода не хватит жизни, по крайней мере с использованием традиционного компьютера.

Однако если хакер или группа хакеров будут использовать процессор в 100 млн раз более мощный, чем имеющиеся сейчас, то вполне вероятно, что удастся определить приватные ключи по одним лишь публичным ключам. В таком случае блокчейн, в котором доступны только публичные ключи, становится совершенно незащищённым.

Вот тут-то в игру вступают квантовые вычисления. Если хакеры заполучат квантовый компьютер, они теоретически могут массово взламывать криптовалютные реестры и полностью контролировать блокчейны. То, что для традиционных компьютеров было гигантским прыжком, для квантовых компьютеров стало маленьким шажком.

Однако, согласно MIT Technology Review, такое будет возможно лишь примерно через десять лет. Благодаря сложности шифрования, числу ключей и эволюции блокчейн-технологий криптовалюты выиграли немного времени. Кроме того, квантовые вычисления – всё ещё молодая область, где есть много своих проблем, требующих решения. Тем не менее, угроза действительно растёт.

Что же могут сделать квантовые энтузиасты, чтобы снизить риски потенциальных квантовых атак? Самое прямое решение – создать квантовоустойчивые реестры. Одна группа как раз этим и занимается, генерируя приватные ключи намного более сложным в математическом плане способом, чем факторизация (разложение на простые множители). Вместо факторизации больших чисел протокол будет генерировать приватные ключи с помощью криптографических структур на основе хеширования. В этом случае математически невозможно найти решение методом перебора, тогда квантовые компьютеры не смогут подобрать ключ, как в случае с традиционными блокчейнами.

Другой вариант – использовать приватные блокчейны. Как видно из названия, приватные блокчейны отличаются от публичных тем, что разрешения доступа строго контролируются. Стать участником можно только по приглашению и после подтверждения создателем сети или установленным им протоколом. В этом смысле приватные блокчейны фактически являются основанными на разрешениях.

Так квантовые компьютеры не смогут определить приватные ключи по публичным, поскольку никаких публичных ключей не существует. Однако, главным недостатком является то, что приватные блокчейны не настолько децентрализованные и распределённые, как публичные. Приватные блокчейны могут использовать многоуровневые структуры, что создаёт возможность для образования заинтересованных групп лиц и централизованного управления. Для многих это противоречит философским основам криптовалют и блокчейн-технологий.

К счастью, у криптовалютных команд и блокчейн-разработчиков есть время на разработку и тестирование решений. Поскольку создание квантовоусточивых реестров уже в процессе, угроза квантовых компьютеров может быть не настолько серьёзной, как изначально считалось.

Что я думаю о квантовой угрозе блокчейну Биткойна? Поскольку блокчейну удалось продержаться десять лет без единого взлома, похоже, его фундамент достаточно прочен. Даже если взломать с помощью квантовых вычислений 999 999 компьютеров, если хотя бы на одном останется рабочая копия блокчейна (допустим, он находится офлайн), то это позволяет восстановить всю информацию с самого старта Биткойна и очень быстро распространить её в сети. Изобретатель Биткойна создал две криптографические системы безопасности. Первая – манипуляция эллиптическими кривыми, представляющая собой необратимую функцию, использующую разложение на простые множители. Она действительно уязвима к квантовым технологиям. Однако второй метод шифрования использует алгоритмы хеширования, для которых пока не существует алгоритмов взлома, даже в квантовых вычислениях. Эллиптическая кривая становится публично доступной только по запросу. На момент, когда ключ к алгоритму становится публично доступен, он уже был использован или обработан. Так что если кто-то его взломает, то ничего не обнаружит. Это, фактически, ключ от ничего.

Не забывайте также, что квантовые вычисления – очень сложное изобретение, имеющее много требований… например, сверхнизкие температуры для функционирования… да и стоит это недёшево. На данный момент цена квантового компьютера составляет примерно $10 000 000.

Срок жизни любого когда-либо изобретённого криптографического алгоритма составляет 20-30 лет, после чего он становится уязвимым к широко доступной коммерческой технологии, позволяющей его взломать.

Это непрекращающаяся гонка вооружений. Хорошая новость в том, что алгоритм блокчейна Биткойна всегда можно обновить с применением квантовоустойчивой криптографии, что позволит ему противостоять квантовой угрозе. Так как сейчас непосредственной угрозы не существует (это станет коммерчески рентабельным, возможно, через 10-15 лет), я не вижу причин для беспокойства.