Maneiras pelas quais a Computação Quântica Pode Ameaçar o Blockchain

Mesmo à medida que a tecnologia blockchain emerge como uma inovação novel, os ativos digitais — como criptomoedas e tokens não fungíveis (NFTs) — junto com todo o ecossistema de aplicativos descentralizados (DApps) impulsionado por ela, enfrentam os desafios apresentados pela computação quântica. A computação quântica, avançando a um ritmo rápido, utiliza os princípios da mecânica quântica para forjar computadores capazes de resolver problemas considerados muito intricados para computadores clássicos ou binários.

Mercadologicamente apresentada como a próxima era da computação, destinada a superar supercomputadores (que são computadores clássicos exibindo desempenho significativamente superior em comparação com computadores convencionais), os computadores quânticos têm o potencial de questionar as normas de segurança existentes devido ao seu domínio computacional. Sua proficiência em resolver problemas altamente complexos também pode comprometer a percepção predominante da imutabilidade da tecnologia blockchain.

A computação quântica, com seu potencial de desestabilizar protocolos de segurança digital, poderia ajudar entidades maliciosas a orquestrar ataques contra criptomoedas e várias aplicações blockchain, apesar da tecnologia ainda estar em suas fases iniciais de desenvolvimento. 

Consequentemente, compreender o que torna os computadores quânticos imensamente potentes e discernir como eles podem comprometer as aplicações impulsionadas por blockchain no futuro torna-se imperativo. À medida que o ecossistema global de criptomoedas oscila à beira da aceitação mainstream, desenvolvedores e empreendedores devem navegar por territórios inexplorados em relação a algoritmos criptográficos e inovar para mitigar as ameaças emanadas da computação quântica.

Os Princípios de Funcionamento de um Computador Quântico 

A principal diferença entre computadores quânticos e seus contrapartes clássicos ou binários reside em sua abordagem para utilizar estados para representar números em cálculos complexos. Computadores clássicos empregam bits para codificar informações em forma binária (0 ou 1), enquanto computadores quânticos aproveitam bits quânticos, ou “qubits”, explorando propriedades como superposição quântica e emaranhamento para representar simultaneamente múltiplos estados.

Considere o exemplo básico de representar um número entre 0 e 255. Computadores clássicos requerem oito bits para representar qualquer número dentro dessa faixa. Em contraste, um computador quântico pode representar todos os 256 números de uma vez usando oito qubits.

Essa característica permite que computadores quânticos considerem inúmeras combinações e executem cálculos intricados a uma velocidade que supera em muito as capacidades até mesmo dos supercomputadores mais avançados. Utilizando elementos supercondutores que exibem resistência extremamente baixa ao fluxo de elétrons quando resfriados a temperaturas subzero, os computadores quânticos possuem inerentemente sensibilidade ao calor, ondas eletromagnéticas e até mesmo à exposição ao ar, levando a perdas computacionais em ambientes subótimos.

Portanto, a próxima era da computação pode muito bem estar aninhada entre as capacidades dos computadores clássicos atuais e os avançados computadores quânticos, a menos que avanços significativos se materializem na criação de computadores quânticos adequados para uso comum.

A IBM projetou seu Quantum System One, um sistema integrado de computação quântica que possui um processador de 127 qubits. No entanto, com a computação quântica progredindo a um ritmo deslumbrante, a realização de um computador quântico de 1.000 qubits não está fora de alcance.

A IBM prevê revelar um processador de computador quântico de 1.121 qubits até 2023, o que deve tornar viável aplicações em escala industrial e fornecer uma capacidade computacional que supera vastamente a do supercomputador mais potente do mundo.

A Criptomoeda é Suscetível a Ataques de Computação Quântica?

Antecipando o surgimento de dispositivos de computação quântica pura no mercado, a onda iminente de computação provavelmente será liderada por supercomputadores aumentados por quântica, amalgamando fluxos de trabalho clássicos e quânticos.

Tais dispositivos podem possuir uma capacidade computacional variando de 50 a 1.000 qubits, particularmente à luz do lançamento do IBM Quantum Osprey de 433 qubits em 9 de novembro de 2022, ocorrendo menos de um ano após a estreia do processador Eagle de 127 qubits.

Dada a considerável potência dos computadores quânticos atuais e sua disponibilidade restrita, pode-se facilmente deduzir que ainda há tempo suficiente antes que os computadores quânticos representem uma ameaça tangível às criptomoedas.

Apesar do potencial abundante apresentado, alcançar uma vantagem quântica permanecerá elusivo, a menos que técnicas avançadas para supressão de erros sejam desenvolvidas e as velocidades computacionais sejam aprimoradas sem problemas associados.

Mesmo explorando o cenário em que a computação quântica consegue superar a criptografia que sustenta as criptomoedas, uma quantidade astronômica de poder computacional seria necessária para iniciar um ataque de armazenamento, no qual endereços de carteira com uma chave pública são visados para roubar os fundos contidos. Para uma blockchain como a Rede Ethereum, executar tal ataque de armazenamento exigiria mais de 10 milhões de qubits de poder computacional.

No caso de um ataque de trânsito, no qual um ator malicioso emprega vasto poder de computação quântica para sequestrar o controle das transações dentro do tempo do bloco, a escala é significativamente maior, pois envolve visar todos os nós. No entanto, dada a necessidade de conduzir o ataque antes da adição de um novo bloco à rede blockchain, os atacantes estão restritos a alguns minutos para o Bitcoin e vários segundos para o Ethereum para realizar um ataque de trânsito.

Requerendo bilhões de qubits de poder de computação quântica para realizar com sucesso tal ataque, os desenvolvedores de blockchain têm tempo suficiente para conceber e implementar novos algoritmos de assinatura criptográfica que sejam imunes a ataques quânticos.

O Bitcoin está em Risco de Roubo por Computador Quântico?

Quebrar a criptografia que protege o Bitcoin exigiria um imenso despliegue de poder de computação quântica, tudo sob a coordenação de uma única entidade orquestrando o roubo.

Pesquisadores da Universidade de Sussex indicam que um computador quântico, empunhando 1,9 bilhão de qubits de poder de processamento, seria necessário para infiltrar a rede Bitcoin em um período de 10 minutos. Essa situação implica que os hackers precisariam mobilizar milhões de computadores quânticos — um cenário aparentemente improvável no futuro imediato.

Se implantado com poder de computação reduzido, executar um ataque alongaria exponencialmente o tempo necessário, proporcionando ampla oportunidade para desativar os nós afetados e reabilitar a rede. Embora um ataque de armazenamento pareça mais plausível, as criptomoedas, incluindo o Bitcoin, inevitavelmente precisarão instigar modificações no protocolo blockchain subjacente para combater tais eventualidades.

Embora essa estratégia ainda possa deixar as carteiras Bitcoin vulneráveis a ataques futuros, essas mudanças são ostensivamente mais fáceis de implementar do que introduzir um novo algoritmo criptográfico. O Bitcoin emprega atualmente o Algoritmo de Assinatura Digital de Curva Elíptica (ECDSA), uma metodologia criptográfica que apresenta algoritmos de assinatura e verificação separados, que utilizam a chave privada do usuário, a chave pública e a assinatura para garantir que os fundos só possam ser gastos por eles.

No entanto, blockchains públicos exigem um consenso entre usuários significativos para sancionar quaisquer alterações em seus protocolos, o que significa que mesmo efetuar mudanças no protocolo do Bitcoin pode exigir mais tempo do que o previsto. Reconhecendo a imperatividade de software e soluções criptográficas resistentes à computação quântica, numerosos projetos no âmbito das criptomoedas estão ardorosamente perseguindo esse objetivo.

O futuro do Bitcoin, em uma era em que a computação quântica permeou o mainstream, provavelmente exigirá a transição para um sistema de ledger mais avançado e resistente à computação quântica, tudo orquestrado por um algoritmo criptográfico inovador.

A Computação Quântica Anuncia o Fim das Criptomoedas?

Os computadores quânticos estão destinados a revolucionar vários setores ao auxiliar em simulações moleculares, fomentar o desenvolvimento de materiais energeticamente eficientes e medicamentos mais potentes, e aprimorar catalisadores, beneficiando potencialmente inúmeras indústrias de manufatura.

Apesar de o motivo fundamental por trás dos computadores quânticos ser a resolução dos problemas mais perplexos do mundo, essas máquinas podem ser alavancadas para desatar o caos em blockchains públicos e redes de criptomoedas por entidades maliciosas.

Responder à questão da longevidade do blockchain diante da computação quântica exige a evolução da tecnologia para um sistema de ledger resistente à computação quântica na próxima década. Essa evolução é imperativa principalmente porque os computadores quânticos podem acumular poder suficiente para atacar as criptomoedas nos próximos 10–15 anos.

Uma possível solução reside em ampliar os tamanhos das chaves, embora a viabilidade de dobrar perpetuamente os números das chaves como contramedida contra computadores quânticos cada vez mais fortes ainda precise ser ascertainada.

Teorias criptográficas inovadoras, como a criptografia baseada em reticulados (lattice-based cryptography) — onde o ruído matemático é integrado à criptografia para confundir um computador quântico — e algoritmos resistentes à computação quântica, que se baseiam em problemas matemáticos, estão emergindo como caminhos potenciais.

A última metodologia é elaborada de tal maneira que estanca tanto computadores clássicos quanto quânticos, mantendo assim sua relevância e segurança em ambos os domínios computacionais. Independentemente de as criptomoedas incorporarem reticulados estruturados ou algoritmos baseados em hash, o fator crucial será ultrapassar perpetuamente as capacidades dos computadores quânticos.

Portanto, embora a computação quântica não represente atualmente uma ameaça direta às criptomoedas em sua forma existente, um esforço unificado será necessário para introduzir uma série de modificações que protegerão as estruturas de governança descentralizada contra o perigo iminente dos supercomputadores quânticos.

Os Computadores Quânticos Perturbarão a Mineração PoW?

Numerosas criptomoedas prevalentes, incluindo o Bitcoin, dependem da mineração por prova de trabalho (PoW) para reforçar a segurança de seus protocolos blockchain fundamentais. A abordagem PoW exige que os participantes da rede, denominados mineradores, se envolvam em uma busca competitiva para serem os solucionadores principais de enigmas matemáticos intricados, validando assim novas transações no blockchain. A criptomoeda — referida como recompensas de bloco — é concedida ao vencedor desse concurso computacional.

Com o tempo, um computador quântico poderia acelerar exponencialmente a resolução dos enigmas de mineração em comparação com os equipamentos de mineração contemporâneos, permitindo que aqueles com capacidades de computação quântica acumulassem recompensas de mineração profusamente. Além disso, isso lhes permite potencialmente dominar o processo de verificação de transações ao comandar uma fração predominante do poder computacional da rede, um cenário conhecido como ataque de 51%. 

Embora alguns pesquisadores postulem que os computadores quânticos podem não executar viavelmente um ataque de 51% no Bitcoin até pelo menos 2028, evidências emergentes sugerem que tal evento pode ocorrer mais cedo.

Conclusão

A interseção da computação quântica e da tecnologia blockchain revela um novo campo de batalha no domínio da segurança cibernética e dos ativos digitais. Os computadores quânticos, com sua profunda capacidade computacional, encarnam tanto um aliado sem precedentes quanto um adversário potencial para as tecnologias blockchain e as criptomoedas. Embora detenham o potencial de resolver alguns dos problemas mais intricados em vários campos, sua capacidade de comprometer sistemas criptográficos atualmente seguros é inegável. 

Consequentemente, a sobrevivência do blockchain e das criptomoedas em um futuro dominado pela computação quântica depende da evolução proativa de algoritmos criptográficos e mecanismos de segurança que sejam resilientes às capacidades formidáveis das máquinas quânticas. A próxima década exige um esforço coletivo e sério de desenvolvedores, criptógrafos e partes interessadas da indústria para inovar, adaptar-se e proteger os ativos digitais descentralizados contra ameaças quânticas emergentes, garantindo a viabilidade e a segurança sustentadas das criptomoedas e das tecnologias blockchain em um futuro entrelaçado com a computação quântica.