By Kenna Hughes-Castleberry geplaatst op 14 okt 2022
Meer informatie over quantum computing en cryptocurrencies vindt u op de val IQT conferentie over kwantumcomputing en cyberbeveiliging.
Bij het ontwikkelen van innovatieve technologie is er altijd een realiteit dat verschillende soorten technologieën elkaar zullen bedreigen. Dit lijkt het geval te zijn met kwantumcomputing en blockchain, omdat veel kwantumalgoritmen op het punt staan het extra veilige systeem van blockchain te bedreigen. Volgens een 2022 studie by Deloittehebben zeer weinig huidige cryptocurrencies, of op blockchain gebaseerde bedrijven, enige moeite gedaan om kwantumveilig te worden. “De meeste cryptocurrencies identificeren dit probleem [quantum computing] niet eens in hun roadmaps”, aldus de studie verklaard. Hoewel kwantumcomputing momenteel misschien geen bedreiging vormt voor blockchain-platforms, zal het op een gegeven moment voldoende ontwikkeld worden om dat wel te doen, wat mogelijk zal leiden tot een verlagen in het gebruik van cryptocurrency.
Blockchain- en kwantumalgoritmen definiëren
Voor degenen die niet bekend zijn met blockchain: de platform is ontworpen als een digitaal grootboek draaien op meerdere machines binnen een peer-to-peer-netwerk. Blockchain maakt gebruik van willekeurige nummergeneratoren samen met de gegevens zelf (opgeslagen in blokken) om van elk blok een hash of label te maken. Elke hash is gedeeltelijk gebaseerd op de hash van het vorige blok, waardoor het moeilijker wordt om te hacken. Als een blok wordt gehackt, verandert de hash onmiddellijk en breekt de blockchain. Een hacker zou met succes alle volgende hashes in de keten moeten veranderen, samen met alle hashes op elke computer in het netwerk, om een succesvolle hack te bewerkstelligen. Dit is een van de redenen waarom blockchain een veiliger digitaal platform is.
Mark Webber, hoofd Quantum Architect bij Universal Quantum, bespreekt quantum computing en cryptocurrencies, evenals blockchain (PC Universal Quantum)
De meeste experts zien echter de mogelijkheden van quantum computing, en met name quantum algoritmen, omdat het een levensvatbare bedreiging vormt voor het blockchain-systeem. De meest bedreigende van deze algoritmen zijn de algoritmen van Shor en Grover. Shor's algoritme werd halverwege de jaren negentig opgericht als een manier om priemfactoren van een bepaald geheel getal te vinden. "In veel opzichten heeft het het veld een kickstart gegeven met deze opwinding van een applicatie gecombineerd met een exponentieel voordeel met behulp van kwantumcomputers", legt hij uit. Mark Webber, hoofd Quantum Architect bij Universele Quantum, een bedrijf dat zich richt op het bouwen van de volgende generatie kwantumcomputers. Webber bestudeerde de interacties tussen quantum computing en blockchain, specifiek in het geval van cryptocurrencies. Omdat veel gecodeerde communicatie, zoals blockchain, gebruik maakt van publieke en private sleutels voor beveiligde kanalen, kunnen algoritmen zoals die van Shor dreigen privésleutels te onthullen door de publieke sleutel te verwerken. “Hoewel men denkt dat deze sleutels in de klassieke wereld veilig zijn, zullen we, als we een kwantumcomputer hebben die krachtig genoeg is, in staat zijn deze encryptietechnieken te kraken,” voegde Webber eraan toe.
Op dezelfde manier kan het algoritme van Grover een bedreiging vormen voor de blockchain vanwege zijn vermogen om de zoekmogelijkheden te optimaliseren en belangrijke waarden te vinden in grote hoeveelheden willekeurige gegevens. Als een 2022 Forbes artikel stelt: “Het verschil tussen de algoritmen van Grover en Shor is dat die van Grover meer een bedreiging vormt voor cryptografische hashing en opgeslagen gegevens, terwijl die van Shor een bedreiging vormt voor het communicatiekanaal waar gegevens tussen de [cryptocurrency] portemonnee en de blockchain-knooppunten zich bevinden.” Vanwege deze twee algoritmen voorspellen veel experts dat quantum computing uiteindelijk het hele cryptocurrency-platform zou kunnen bedreigen, waardoor het waardeloos zou worden.
Voorlopig is er sprake van een vertraging, aangezien de kwantumtechnologie zich blijft ontwikkelen. En veel organisaties en kwantumbedrijven gebruiken deze vertraging om meer inzicht te krijgen in de voordelen en bedreigingen van kwantumtechnologie. Als kwantumarchitect werkt Webber niet alleen aan het bouwen van de volgende generatie kwantumcomputers, maar probeert hij ook de tijdlijn van de kwantumimpact te begrijpen. Hij vraagt zich vaak af: “Hoe snel moeten we dit probleem oplossen voordat het een relevant kwantumvoordeel is? Bij sommige problemen kan het zijn dat u graag dagen op uw antwoord wacht. Terwijl er voor sommige gevallen, zoals het breken van bepaalde aspecten van encryptie, een tijdsperiode voor kwetsbaarheden bestaat. Dat betekent dat je het heel snel moet oplossen, misschien minder dan 10 minuten, en dat de gewenste runtime doorgaat om de vereisten voor de kwantumhardware te definiëren.”
Als het om encryptie en blockchain gaat, kunnen kwantumeffecten ook een positieve rol spelen. “De willekeurige nummergeneratoren voor deze versleutelingsmethoden kunnen afkomstig zijn van a kwantumbron”, aldus Webber. “We kunnen een klein aantal qubits gebruiken als een in wezen echte willekeurige getallenbron. Nu hebben we het hier niet over grootschalige quantumcomputers, maar over qubits die worden gebruikt om de mate van encryptie die we hebben te versterken.” Toch kunnen deze qubits een tweesnijdend zwaard worden, waardoor het ook gemakkelijker wordt om een potentieel cryptocurrency-systeem te hacken.
Cryptocurrencies hacken met behulp van Quantum Computing
Veel cryptocurrencies, zoals Bitcoin, gebruiken een techniek genaamd elliptische curve (EC)-cryptografie om gecodeerde transacties te garanderen. EC gebruikt paren openbare en privésleutels voor zowel decodering als codering. “Het heeft ook zijn eigen tijdvensterelement”, voegde Webber eraan toe. “Dit leidt tot de belangrijke vraag: als we deze sleutels kunnen breken, welk percentage van het Bitcoin-netwerk zou dan kwetsbaar zijn? Ander onderzoek heeft aangetoond dat er op dit moment een bepaald percentage van de totale bitcoins kwetsbaar is voor een langzame aanval, en dat is ongeveer 25%.” Webber en andere experts zijn van mening dat de kwantumhardware die nodig is voor zo'n langzame aanval nog enkele jaren verwijderd is van waar we nu zijn, maar cryptocurrencies doen nog steeds weinig moeite om hun systemen kwantumbestendig te maken. “Als er geen verandering zou plaatsvinden, zullen er twee fasen van ontwrichting zijn”, legt Webber uit. “De eerste 25% van alle Bitcoin zou kwetsbaar zijn, en dat zou een grote vertrouwensslag voor het systeem zijn, maar misschien niet helemaal catastrofaal. Maar de tweede fase, waarin we de encryptie binnen een kleiner tijdsbestek kunnen doorbreken, zou alle transacties kwetsbaar maken en uiteindelijk het einde van Bitcoin betekenen.”
Kwantumcomputers die deze encryptiestijl kunnen doorbreken, hebben op dit moment naar schatting meer dan een miljoen fysieke qubits nodig, wat ver verwijderd is van de ongeveer honderd toonaangevende organisaties die nu beschikken. Webber legt uit dat dit de drijfveer is van Universal Quantum. “We zijn altijd gefocust geweest op de schaalvraag en nemen nu ontwerpbeslissingen die ons in staat zullen stellen zo snel mogelijk te groeien naar de apparaatgroottes die nodig zijn voor een breed kwantumvoordeel.”
Webber hoopt dat Bitcoin-bedrijven en andere cryptocurrencies zullen profiteren van de vertraging kwantumbestendig hun platforms. Volgens Webber: “Er zou in theorie genoeg tijd moeten zijn voor Bitcoin om zo’n overstap te maken. Een punt dat een van mijn medewerkers naar voren brengt, zijn de uitdagingen met het bestuursproces, waarmee je genoeg overeenstemming in de gemeenschap kunt krijgen om te zeggen: 'Oké, we moeten allemaal veranderen, dit is iets dat niet mag worden genegeerd.'” consensus die mogelijk nodig is, en het vermogen om blockchain kwantumbestendig te maken in de ontwikkeling, wordt het een race tegen de tijd voor de toekomst van bitcoin en andere cryptocurrencies.
Maar, zoals Webber ook uitlegt, is quantum computing niet alleen maar slecht voor de blockchain, omdat het belangrijke oplossingen kan bieden voor gedecentraliseerde financiën en autonome banken. "Alle toepassingen waar we enthousiast over zijn voor quantum computing in de financiële wereld, zoveel van deze problemen zullen ook moeten worden opgelost in de gedecentraliseerde versies van deze systemen", aldus Webber. “Dus, zou een gedecentraliseerd financieel systeem ook op zoek kunnen gaan naar een kwantumcomputer in de cloud om bepaalde problemen op te lossen? Mogelijk…"
Kenna Hughes-Castleberry is een stafschrijver bij Inside Quantum Technology en de Science Communicator bij JILA (een samenwerking tussen de University of Colorado Boulder en NIST). Haar schrijfritmes omvatten deep tech, de metaverse en kwantumtechnologie.
