Устоит ли блокчейн перед квантовыми компьютерами

28 декабря

Квантовый компьютер D-Wave в 100 млн раз быстрее обычного. Его атака угрожает криптографии с открытым ключом. Стоит ли паниковать традиционным банкам и майнерам? D-Wave Systems продали первый 2000-кубитный квантовый компьютер.

Особенности квантовых компьютеров

Почему квантовый компьютер пугает возможными взломами обычных систем? Квантовая частица имеет принцип суперпозиции, то есть может одновременно находиться  в нескольких состояниях. Если обычный процессор оперирует бинарным кодом и обладает значениями либо 0, либо 1, то квантовые компьютеры оперируют кубитами. Каждый кубит - микропроцессор, работающий на принципах сверхпроводимости и законах квантовой механики.

Кубиты могут иметь логическое значение 0, 1, 0 и 1 одновременно. Эта особенность даёт колоссальное преимущество по времени вычислительных операций. Однако пока квантовый компьютер требует особых условий для своего использования, поддерживающих квантовый кубит в состоянии суперпозиции:

  1. температуры 0,02 градуса по Кельвину (-269,98 по Цельсию);
  2. разрежения воздуха ниже атмосферного давления в 100 миллиардов раз;
  3. системы защиты от магнитного и электрического излучения (снижает воздействие этих факторов в 50 тысяч раз);
  4. системы теплоотвода и гашения вибраций.

Сломает ли квантовый компьютер систему блокчейн?

На данный момент  компания D-Wave Systems уже продала свой первый 2000-кубитный квантовый компьютер D-Wave 2000Q за $15 млн. Однако это всего лишь околоквантовая машина. Её работа основана не на принципе суперпозиции, а на принципе квантового отжига.

Проблема построения полноценного квантового компьютера упирается в принцип неопределённости Гейзенберга. Соотношение неопределённостей (характеристик) для свободной частицы не препятствует точному измерению её импульса, но не позволяет точно измерить её координату. Кубиты должны быть не просто набранные, а связанные, что крайне сложно. Скорее всего, это невозможно, потому что, чем больше связанных кубитов, тем в экспоненциальной геометрии дороже и сложнее задача с каждым новым кубитом. D-Waves предлагает несвязанные наборы из кубитов.

О реальности угрозы квантовых компьютеров для системы blockchain рассказал Алексей Фёдоров, старший научный сотрудник Российского квантового центра (РКЦ):

"Блокчейн основывается на криптографических примитивах, которые в разной степени уязвимы к атакам с применением квантового компьютера.

В частности, в блокчейне распространено использование электронно-цифровых подписей, основанных на алгоритмах, которые могут быть “взломаны” квантовым компьютером. Электронно-цифровые подписи генерируются на основе пары “закрытый” и “открытый” ключ. За счёт использования специальных математических инструментов обеспечивается возможность проверить подпись, зная открытый ключ.

Но практическая невозможность его подделать без знания закрытого ключа (который, как предполагается, пользователь хранит у себя в секрете), маловероятна. Иначе говоря, задача подделки подписи настолько вычислительно сложна, что её решение займет очень много времени даже для суперкомпьютеров. Однако если построить достаточно большой квантовый компьютер, то электронную подпись можно будет взломать за разумное время, поскольку существует эффективный квантовый алгоритм решения такой задачи (алгоритм Шора). Алгоритм Шора даёт возможность взломать не все асимметричные криптографические примитивы, но очень многие популярные, например, алгоритмы RSA и Диффи-Хеллмана.

Задача майнинга в концепции proof-of-work основывается на решении сложной математической задачи, в которой квантовый компьютер не даёт драматического ускорения, однако также помогает выполнить её быстрее за счет использования алгоритма Гровера.

Следует отметить, что в эпоху квантового компьютера, тем не менее, можно обезопасить блокчейн. В частности, можно заменить электронно-цифровые подписи на постквантовые (для них принято считать, что квантовый компьютер не даёт ускорения) или на квантовую криптографию. Задача достижения консенсуса может также быть построена на других принципах.

В мае этого года в РКЦ был выполнен эксперимент по реализации квантово-защищённого блокчейна, в котором вместо подписей использовалась квантовая криптография, а консенсус достигался за счет решения задачи византийского согласия."

Квантовые компьютеры как помощники майнеров

Говорить о полноценном квантовом компьютере пока очень рано. И тем более о его массовом использовании. Квантовый компьютер - это множественность состояний. Не так просто записать решение. В первую очередь для этого необходимо достаточно места. Для записи 22 кубитов нужно 10^22 атомов, а в нашей галактике по некоторым данным лишь 10^21 атомов.
Однако сама система вычисления квантовым способом очень поможет в развитии виртуальных валют.

Так считает Станислав Карасёв, CPO First Data: "Мы изучали вопрос использования технологии блочной цепи для контроля безопасности данных и записи каждого обращения к ней. Исходя из нашей экспертизы (не претендуя на абсолютность), видится следующее.

Если говорить о криптовалютах, в которых сейчас, по сути, "обкатываются" способы подтверждения сделок, то есть два сценария, в которых квантовые компьютеры могут как-то повлиять на ход процесса.

В системах, где используется т.н. proof of work - то есть нахождение решения математической задачи, квантовые компьютеры скорее плюс, чем минус, так как в настоящее время "майнинг" производится на GPU и требует значительных затрат энергии и машинного времени - если квантовые компьютеры смогут решать такого рода задачи быстрее, это позволит использовать, например, даже такие медленные криптовалюты, как bitcoin, в качестве средства расчёта при микротранзакциях. Это даст майнерам с квантовыми вычислителями преимущество, но напрямую не ударит по безопасности, так как не даёт возможности реализовать, например, атаку 50+1.

В системах, где используется proof of stake - в общем случае  не произойдёт серьёзных изменений (могут быть отдельные архитектурные недостатки систем, уязвимые с точки зрения атак на криптографию - но они не связаны непосредственно с блокчейном).

Есть также теоретическая возможность манипуляций нового уровня с использованием искусственного интеллекта на квантовом компьютере, но применимость и предполагаемые риски такового пока достаточно туманны из-за примитивности современных квантовых вычислителей.

Проблема как с блокчейном, так и с традиционным банкингом лежит не в области используемых технологий учёта и хранения, а в области устойчивости криптографических механизмов - именно им угрожает появление мощных квантовых компьютеров - как банки, так и блокчейн используют технологию приватных ключей, которые теоретически могут быть взломаны при помощи квантовых вычислений. т.к. позволят делать, например, разложение на простые множители за очень малое количество времени, что невозможно в текущих системах.

И блокчейн, и банки оказываются одинаково уязвимы к такого рода атакам. Однако блокчейн благодаря децентрализации нельзя будет полностью "обрушить". В случае криптовалют, можно будет взломать конкретный кошелёк и перевести с него деньги на другой, пользуясь приватным ключом, но нельзя будет сломать всю систему)."

Угроза квантовых компьютеров для традиционной банковской системы

Квантовые компьютеры угрожают в первую очередь системам асимметричного шифрования. Если машины такой мощности будут построены, то в первую очередь это проблема для банковских систем криптографии. На данный момент наблюдается общемировой тренд по внедрению защиты от квантовых компьютеров – квантовых коммуникаций. Такие проекты уже ведутся в Европе, России и Китае.

Если блокчейн более защищён благодаря самой системе шифрования, то банк имеет арбитра и возможность отменить несанкционированные транзакции. Кроме того, технические мощности государственных структур несоизмеримо большие, чем у групп хакеров.

Так считает Илья Гомбац, разработчик электроники Samsung SDI Battery Systems GmbH. "Функция защиты уже давно находится на стороне больших денег. Кошелёк взломщика ещё не скоро сможет позволить себе квантовый компьютер или доступ к нему. Значит, как только что-то начнёт получаться в области квкомпа, то сторона защиты первой освоит это детище науки.
Времена гениев-одиночек тоже давно прошли.

Чтобы что-то написать серьёзное сегодня, уже мало одного человека. Нужна группа специалистов. Чтобы что-то написать для квкомпа, нужны целые отделы. Этих людей сегодня и в обозримом будущем по пальцам пересчитать, поэтому секретная «шайка взломщиков» фактически невозможна.
Ещё один важный момент: за создание и доступ к квкомпам сегодня отвечают очень серьёзные компании типа IBM, Google, Intel и ряд других подобных. Они не будут подставлять свои имена ради мелкого мошенничества. А без их участия доступ к квантовым компам сегодня не получить."

Более эффективной защитой сможет обладать смешанная технология шифрования. В будущем банки будут частично использовать распределённые реестры. В некоторых финансовых блокчейн-системах появится возможность оспаривать транзакции, как в банках. А также появятся новые криптографические методы создания и обмена ключами, которые дополнят другие способы верификации.

ТН
Новикова Татьяна
@novikovata
Войдите на сайт, чтобы оставить комментарий
5 комментариев
Популярные
Новые
АЗ
Алексей Захарчук
7 месяцев назад
Может и не устоит, но когда это еще квантовые компьютеры станут массовым явлением? - Лет через 20-30?
0
0
АЦ
Александр Цуприков
7 месяцев назад
Я думаю , что блокчейн устоит . Как написано в статье , за создание и доступ к тенологиям отвечают мощные компании . У них просто нет смысла размениваться по мелочам .
0
0
AC
Andrey Cherenkov
7 месяцев назад
Квантовый компьютер это только дело времени, блокчейн не устоит, также уйдет в небытие как и всё!
0
0
ДН
Денис Николаевич
7 месяцев назад
Вычислительная система мира не стоит на одном месте, а с учетом криптовалюты он только развивается в тех масштабах, которые в скором времени будут пугать население планеты.
0
0
Ekaterina Elesina
7 месяцев назад
Чем то мне это напоминает вирус и антивирус. Возможно D-Wave и Блокчейн творение одних рук? Слишком все взаимосвязано. А главная цель как и всегда прибыль! Посмотрим в дальнейшем как все будет.
0
0

Рассылка

Подписывайтесь на обновления и анонсы

18+
Москва, Берсеневская набережная 6/2
+7 (495) 118-41-48
2018 © Blockchain.ru, Сделано в Charmer
  • Дисклеймер
  • Пользовательское соглашение
  • Политика конфиденциальности

К сожалению, браузер, которым вы пользуйтесь, устарел и не позволяет корректно отображать сайт. Пожалуйста, установите любой из современных браузеров, например:

Google Chrome Firefox Opera