By Kenna Hughes-Castleberry postat 14 oktober 2022
Du kan ta reda på mer om kvantberäkningar och kryptovalutor på höst IQT konferens om kvantdatorer och cybersäkerhet.
När man utvecklar innovativ teknik finns det alltid en realitet att olika typer av teknologier kommer att hota varandra. Detta verkar vara fallet med kvantberäkning och blockchain, eftersom många kvantalgoritmer är redo att hota blockchains extra säkra system. Enligt a 2022 studie by Deloitte, mycket få nuvarande kryptovalutor, eller blockchain-baserade företag, har ansträngt sig för att bli kvantsäkra. "De flesta kryptovalutor identifierar inte ens detta problem [quantum computing] i sina färdplaner," studie uppgav. Även om kvantdatorer för närvarande inte hotar blockchain-plattformar, kommer den någon gång att utvecklas tillräckligt för att göra det, vilket kan leda till en minskning vid användning av kryptovaluta.
Definiera blockchain och kvantalgoritmer
För dem som inte är bekanta med blockchain, den plattform är utformad som en digital huvudbok körs på flera maskiner inom ett peer-to-peer-nätverk. Blockchain använder slumptalsgeneratorer tillsammans med själva data (lagrade i block) för att skapa en hash eller etikett för varje block. Varje hash är delvis baserad på föregående blocks hash, vilket gör det svårare att hacka. Om ett block blir hackat ändras dess hash omedelbart och blockkedjan går sönder. En hackare måste framgångsrikt ändra alla följande hash i kedjan, tillsammans med alla hash i varje dator i nätverket för att producera ett framgångsrikt hack. Detta är en anledning till varför blockchain är en säkrare digital plattform.
Mark Webber, ledande Quantum Architect på Universal Quantum diskuterar kvantberäkningar och kryptovalutor samt blockchain (PC Universal Quantum)
Men de flesta experter ser kapaciteten hos kvantberäkning, speciellt kvant algoritmer, är ett livskraftigt hot mot blockchain-systemet. Den mest hotfulla av dessa algoritmer är Shors och Grovers algoritmer. Shors algoritm etablerades i mitten av 1990-talet som ett sätt att hitta primtalsfaktorer för ett givet heltal. "På många sätt kickstartade det fältet med denna spänning av en applikation parad med en exponentiell fördel med kvantdatorer," förklarade Mark Webber, lead Quantum Architect på Universal Quantum, ett företag fokuserat på att bygga nästa generation kvantdatorer. Webber studerade interaktionerna mellan kvantberäkning och blockchain, särskilt när det gäller kryptovalutor. Eftersom många krypterade kommunikationer, som blockchain, använder offentliga och privata nycklar för säkra kanalers algoritmer, kan som Shors hota att avslöja privata nycklar genom att bearbeta den offentliga nyckeln. "Medan dessa nycklar tros vara säkra i den klassiska världen, när vi har en tillräckligt kraftfull kvantdator, kommer vi att kunna knäcka dessa krypteringstekniker," tillade Webber.
På samma sätt kan Grovers algoritm vara ett hot mot blockchain på grund av dess förmåga att optimera sökmöjligheter och hitta viktiga värden bland stora pooler av slumpmässig data. Som en 2022 forbes artikeln säger: "Skillnaden mellan Grovers och Shors algoritmer är att Grovers är mer av ett hot mot kryptografisk hashning och lagrad data, medan Shors är ett hot mot kommunikationskanalen där data mellan [kryptovaluta] plånboken och blockkedjenoderna finns." På grund av dessa två algoritmer förutspår många experter att kvantberäkning så småningom kan hota hela kryptovalutaplattformen, vilket gör den värdelös.
För närvarande finns det en tidsfördröjning, eftersom kvantteknologin fortsätter att utvecklas. Och många organisationer och kvantföretag använder denna tidsfördröjning för att förstå mer av fördelarna och hoten med kvantteknik. Som kvantarkitekt arbetar Webber inte bara med att bygga nästa generation av kvantdatorer utan försöker också förstå tidslinjen för kvantpåverkan. Han frågar ofta: ”Hur snabbt behöver vi lösa det här problemet för att det ska vara en relevant kvantfördel? För vissa problem kan du gärna vänta flera dagar på ditt svar. I vissa fall, som att bryta vissa aspekter av kryptering, finns det ett tidsfönster för sårbarhet. Det betyder att du måste lösa det mycket snabbt, som kanske under 10 minuter, och den önskade körtiden fortsätter för att definiera kraven på kvanthårdvaran."
När det kommer till kryptering och blockchain kan även kvanteffekter spela en positiv roll. "Slumptalsgeneratorerna för dessa krypteringsmetoder kan komma från en kvantkälla", sa Webber. "Vi kan använda ett litet antal qubits som en i huvudsak sann slumptalskälla. Nu pratar vi inte om storskaliga kvantdatorer här, utan vi pratar om qubits som används för att stärka graden av kryptering vi har." Ändå kan dessa qubits bli ett tveeggat svärd, vilket också möjliggör ett enklare sätt att hacka sig in i ett potentiellt kryptovalutasystem.
Hacka in kryptovalutor med hjälp av Quantum Computing
Många kryptovalutor, som Bitcoin, använder en teknik som kallas elliptisk kurva (EC) kryptografi för att säkerställa krypterade transaktioner. EC använder par av offentliga och privata nycklar för både dekryptering och kryptering. "Den har också sitt eget tidsfönsterelement," tillade Webber. "Detta leder till den viktiga frågan: om vi kan bryta dessa nycklar, hur stor andel av Bitcoin-nätverket skulle vara sårbart? Annan forskning har visat att det finns en viss procentandel av de totala bitcoins just nu som skulle vara sårbara för en långsam attack, och det är runt 25 %." Webber, och andra experter, tror att den kvanthårdvara som krävs för en så långsam attack fortfarande är några år från där vi är just nu, men kryptovalutor fortsätter att anstränga sig lite för att kvantsäkra sina system. "Om det inte var någon förändring kommer det att finnas två faser av störningar," förklarade Webber. "De första 25% eller så av alla Bitcoin skulle vara sårbara, och det skulle vara ett stort förtroendetröck för systemet, men kanske inte helt katastrofalt. Men den andra fasen, där vi kan bryta krypteringen inom det mindre tidsfönstret, skulle göra alla transaktioner sårbara och i slutändan bli slutet på Bitcoin.
Kvantdatorer som kan bryta denna typ av kryptering beräknas för närvarande kräva över en miljon fysiska qubits, vilket är långt ifrån de 100 eller så ledande organisationer som nu har. Webber förklarar att det är detta som driver Universal Quantum "Vi har alltid varit fokuserade på skalningsfrågan och fattat designbeslut nu som gör det möjligt för oss att så snabbt som möjligt växa till de enhetsstorlekar som är nödvändiga för breda kvantfördelar."
Webber hoppas att Bitcoin-företag och andra kryptovalutor kommer att dra nytta av tidsfördröjningen till kvantsäker deras plattformar. Enligt Webber: "Det borde, i teorin, finnas tillräckligt med tid för Bitcoin att göra en sådan byte. En punkt som en av mina medarbetare tar upp är utmaningarna med styrningsprocessen, vilket är hur man skulle få tillräckligt med enighet i samhället för att säga "okej, vi borde alla förändras, det här är något som inte bör ignoreras." konsensus som eventuellt behövs, och förmågan att göra blockchain kvantresistent i utvecklingen, blir det en kapplöpning mot tiden för framtiden för bitcoin och andra kryptovalutor.
Men, som Webber också förklarar, är kvantberäkning inte bara dåligt för blockchain, eftersom det kan ge viktiga lösningar till decentraliserade finanser och autonoma banker. "Alla applikationer som vi är glada över för kvantberäkning inom finans, så många av dessa problem kommer också att behöva lösas i de decentraliserade versionerna av dessa system," sa Webber. "Så, kan ett decentraliserat finanssystem också söka efter en kvantdator på molnet för att lösa vissa problem? Eventuellt…"
Kenna Hughes-Castleberry är personalskribent på Inside Quantum Technology och Science Communicator vid JILA (ett partnerskap mellan University of Colorado Boulder och NIST). Hennes skrivbeats inkluderar djupteknologi, metaversen och kvantteknologi.
