Несмотря на то, что технология блокчейн становится новым прорывом, цифровые активы — такие как криптовалюты и невзаимозаменяемые токены (NFT) — наряду со всей экосистемой децентрализованных приложений (DApps), основанной на ней, сталкиваются с проблемами, которые создает квантовые вычисления. Квантовые вычисления, развивающиеся быстрыми темпами, используют принципы квантовой механики для создания компьютеров, способных решать задачи, которые считаются слишком сложными для classicкомпьютеров с искусственным интеллектом или бинарных компьютеров.
Квантовые компьютеры, позиционируемые как грядущая эра вычислительной техники, призванная превзойти суперкомпьютеры ( classicкомпьютеры, демонстрирующие значительно превосходящие по производительности обычные компьютеры), потенциально могут поставить под сомнение существующие нормы безопасности благодаря своему вычислительному превосходству. Их способность решать чрезвычайно сложные задачи также может поставить под угрозу существующее представление о неизменности технологии блокчейн.
Квантовые вычисления, обладающие потенциалом дестабилизации протоколов цифровой безопасности, могут помочь злоумышленникам организовывать атаки на криптовалюты и различные блокчейн-приложения, несмотря на то, что технология все еще находится на начальных этапах разработки.
Следовательно, понимание того, что делает квантовые компьютеры такими мощными, и выяснение того, как они могут поставить под угрозу приложения на основе блокчейна в будущем, становится крайне важным. Поскольку глобальная криптоэкосистема находится на пороге широкого признания, разработчикам и предпринимателям необходимо осваивать неизведанные территории, касающиеся криптографических алгоритмов, и внедрять инновации для смягчения угроз, исходящих от квантовых вычислений.
Принципы работы квантового компьютера
Основное различие между квантовыми компьютерами и их classicили бинарными аналогами заключается в подходе к использованию состояний для представления чисел в сложных вычислениях. Classicкомпьютеры используют биты для кодирования информации в двоичной форме (0 или 1), тогда как квантовые компьютеры используют квантовые биты, или «кубиты», задействуя такие свойства, как квантовая суперпозиция и запутанность, для одновременного представления нескольких состояний.
Рассмотрим простой пример представления числа от 0 до 255. Classicкомпьютерам требуется восемь бит для представления любого числа в этом диапазоне. В отличие от них, квантовый компьютер может представить все 256 чисел одновременно, используя восемь кубитов.
Эта особенность позволяет квантовым компьютерам рассматривать множество комбинаций и выполнять сложные вычисления со скоростью, значительно превосходящей возможности даже самых передовых суперкомпьютеров. Используя сверхпроводящие элементы, которые демонстрируют чрезвычайно низкое сопротивление потокуtron при охлаждении до отрицательных температур, квантовые компьютеры по своей природе чувствительны к теплу, электромагнитным волнам и даже воздействию воздуха, что приводит к вычислительным потерям в неоптимальных условиях.
Следовательно, грядущая эра вычислительной техники вполне может оказаться между возможностями современных classicкомпьютеров искусственного интеллекта и передовых квантовых компьютеров, если не произойдут значительные успехи в создании квантовых компьютеров, пригодных для повседневного использования.
Компания IBM разработала свою квантовую систему Quantum System One — интегрированную систему квантовых вычислений со 127-кубитным процессором. Однако, учитывая стремительный прогресс в области квантовых вычислений, создание квантового компьютера с 1000 кубитами вполне достижимо.
Компания IBM планирует представить квантовый компьютерный процессор с 1121 кубитом к 2023 году, что, как ожидается, сделает возможными его применение в промышленных масштабах и обеспечит вычислительную мощность, значительно превосходящую возможности самого мощного в мире суперкомпьютера.
Уязвима ли криптовалюта для атак с использованием квантовых вычислений?
В преддверии появления на рынке устройств, предназначенных исключительно для квантовых вычислений, грядущая волна вычислений, вероятно, будет возглавляться суперкомпьютерами с квантовыми возможностями, объединяющими classicи квантовые рабочие процессы.
Подобные устройства могут обладать вычислительными возможностями в диапазоне от 50 до 1000 кубитов, особенно в свете презентации 433-кубитного процессора IBM Quantum Osprey 9 ноября 2022 года, которая состоялась менее чем через год после дебюта 127-кубитного процессора Eagle.
Учитывая значительную мощность современных квантовых компьютеров и их ограниченную доступность, можно с уверенностью заключить, что до того момента, когда квантовые компьютеры станут реальной угрозой для криптовалют, еще достаточно времени.
Несмотря на огромный потенциал, достижение квантового преимущества останется недостижимым, если не будут разработаны передовые методы подавления ошибок и не будет повышена скорость вычислений без сопутствующих проблем.
Даже если рассмотреть сценарий, в котором квантовые вычисления смогут преодолеть криптографию, лежащую в основе криптовалют, для осуществления атаки на хранилище, при которой адреса кошельков с открытым ключом становятся целью для хищения хранимых средств, потребуетсяtronколичество вычислительной мощности. Для блокчейна, такого как сеть Ethereum , для осуществления подобной атаки на хранилище потребуется более 10 миллионов кубитов вычислительной мощности.
В случае транзитной атаки, когда злоумышленник использует огромные вычислительные мощности квантовых вычислительных систем для захвата контроля над транзакциями в течение времени, охватываемого блоком, масштаб значительно больше, поскольку она включает в себя атаку на все узлы. Тем не менее, учитывая необходимость проведения атаки до добавления нового блока в сеть блокчейна, у злоумышленников есть всего несколько минут для Bitcoin и несколько секунд для Ethereum , чтобы осуществить транзитную атаку.
Для успешного осуществления такой атаки требуются миллиарды кубитов квантовых вычислительных мощностей, поэтому у разработчиков блокчейна есть достаточно времени для разработки и внедрения новых алгоритмов криптографической подписи, которые невосприимчивы к квантовым атакам.
Существует ли риск кражи Bitcoin с помощью квантовых компьютеров?
Для взлома шифрования, защищающего Bitcoin потребуется колоссальное развертывание квантовых вычислительных мощностей, и все это под координацией одной организации, руководящей кражей.
Исследователи из Университета Сассекса указывают, что для проникновения в сеть Bitcoin за 10 минут потребуется квантовый компьютер, обладающий вычислительной мощностью в 1,9 миллиарда кубитов. Это означает, что хакерам потребуется мобилизовать миллионы квантовых компьютеров — сценарий, который кажется маловероятным в ближайшем будущем.
При использовании вычислительных мощностей атака значительно увеличит необходимое время, предоставляя ample возможности для вывода из строя затронутых узлов и восстановления сети. Хотя атака на хранилище данных кажется более вероятной, криптовалютам, включая Bitcoin, неизбежно потребуется внести изменения в базовый протокол блокчейна для противодействия таким сценариям.
Хотя эта стратегия всё ещё может сделать Bitcoin кошельки уязвимыми для будущих атак, такие изменения, по-видимому, проще реализовать, чем внедрение нового криптографического алгоритма. В настоящее время Bitcoin используется алгоритм цифровой подписи на эллиптических кривых (ECDSA), криптографическая методология, включающая отдельные алгоритмы подписи и проверки, которые используют закрытый ключ, открытый ключ и подпись пользователя для обеспечения возможности расходования средств исключительно им.
Тем не менее, публичные блокчейны требуют консенсуса среди значимых пользователей для утверждения любых изменений в их протоколах, а это означает, что даже внесение изменений в протокол Bitcoinможет потребовать больше времени, чем ожидалось. Признавая необходимость в программном обеспечении и криптографических решениях, устойчивых к квантовым атакам, многочисленные проекты в сфере криптовалютdentработают над достижением этой цели.
В эпоху, когда квантовые вычисления прочно вошли в массовое использование, будущее Bitcoin, вероятно, потребует перехода к более совершенной, устойчивой к квантовым атакам системе учета, управление которой будет осуществляться с помощью новаторского криптографического алгоритма.
Означает ли квантовые вычисления конец криптовалют?
Квантовые компьютеры призваны произвести революцию в различных отраслях, способствуя моделированию молекул, разработке энергоэффективных материалов и более эффективных лекарств, а также улучшению каталитических свойств, что потенциально может принести пользу многочисленным отраслям обрабатывающей промышленности.
Несмотря на то, что основной целью создания квантовых компьютеров является решение самых сложных глобальных проблем, эти машины могут быть использованы злоумышленниками для того, чтобы посеять хаос в публичных блокчейнах и криптовалютных сетях.
Для решения вопроса о долговечности блокчейна в условиях развития квантовых вычислений необходима эволюция технологии в устойчивую к квантовым атакам систему учета в течение ближайшего десятилетия. Эта эволюция крайне важна, главным образом потому, что квантовые компьютеры могут накопить достаточно мощности, чтобы составить конкуренцию криптовалютам в течение следующих 10–15 лет.
Одно из возможных решений заключается в увеличении размеров ключей, хотя возможность постоянного удвоения ключевых чисел в качестве контрмеры против постоянно усиливающихся квантовых компьютеров еще предстоит выяснить.
В качестве потенциальных путей развития рассматриваются инновационные криптографические теории, такие как криптография на основе решеток, гдеmaticшум интегрируется в шифрование для того, чтобы сбить с толку квантовый компьютер, и квантово-устойчивые алгоритмы, основанные наmaticзадачах.
Последняя методология разработана таким образом, что она препятствует работе как classic, так и квантовых компьютеров, сохраняя тем самым свою актуальность и безопасность в обеих вычислительных областях. Независимо от того, используют ли криптовалюты структурированные решетки или алгоритмы на основе хеширования, ключевым фактором будет постоянное превосходство над возможностями квантовых компьютеров.
Таким образом, хотя квантовые вычисления в настоящее время не представляют прямой угрозы для криптовалют в их существующем виде, потребуются объединенные усилия для внедрения ряда изменений, которые защитят децентрализованные структуры управления от надвигающейся опасности квантовых суперкомпьютеров.
Смогут ли квантовые компьютеры изменить майнинг PoW?
Многие распространенные криптовалюты, включая Bitcoin , используют алгоритм Proof-of-Work (PoW) для повышения безопасности своих базовых протоколов блокчейна. Подход PoW предполагает, что участники сети, называемые майнерами, соревнуются друг с другом за звание лучших решателей сложныхmaticзадач, тем самым подтверждая новые транзакции в блокчейне. Криптовалюта — называемая вознаграждением за блок — начисляется победителю этого вычислительного соревнования.
Со временем квантовый компьютер сможет экспоненциально ускорить решение задач майнинга по сравнению с современными майнинговыми установками, что позволит тем, кто обладает возможностями квантовых вычислений, накапливать вознаграждения за майнинг в огромных количествах. Более того, это позволит им потенциально доминировать в процессе проверки транзакций, забрав себе значительную часть вычислительной мощности сети, что известно как атака 51%.
Хотя некоторые исследователи предполагают, что квантовые компьютеры, возможно, не смогут осуществить атаку 51% на Bitcoin как минимум до 2028 года, появляющиеся данные свидетельствуют о том, что такое событие может произойти раньше.
Заключение
Пересечение квантовых вычислений и технологии блокчейн открывает новое поле битвы в сфере кибербезопасности и цифровых активов. Квантовые компьютеры, обладающие огромными вычислительными возможностями, представляют собой какdentсоюзника, так и потенциального противника для технологий блокчейн и криптовалют. Хотя они потенциально способны решить некоторые из самых сложных проблем в различных областях, их способность взламывать существующие защищенные криптографические системы неоспорима.
Следовательно, выживание блокчейна и криптовалют в будущем, где доминируют квантовые технологии, зависит от активного развития криптографических алгоритмов и механизмов защиты, устойчивых к огромным возможностям квантовых машин. Предстоящее десятилетие требует от разработчиков, криптографов и заинтересованных сторон отрасли серьезных коллективных усилий по внедрению инноваций, адаптации и защите децентрализованных цифровых активов от возникающих квантовых угроз, обеспечивая устойчивую жизнеспособность и безопасность криптовалют и блокчейн-технологий в будущем, тесно связанном с квантовыми вычислениями.
