Kvantiniai kompiuteriai kelia neišvengiamą grėsmę Bitcoin saugumui

Bitcoin užvaldo pasaulį audra. Decentralizuota skaitmeninė valiuta yra saugi mokėjimo platforma, kuria gali naudotis visi. Ji yra be vyriausybės kišimosi ir valdoma atviru, lygiaverčiu tinklu.

Ši nepriklausomybė yra viena iš priežasčių, kodėl Bitcoin tapo toks populiarus, todėl jo vertė smarkiai išaugo. 2017 metų pradžioje vienas bitkoinas buvo vertas apie 1000 USD. Iki 2017 m. lapkričio mėn. ši suma išaugo iki maždaug 7000 USD. Iš tiesų, bendra kriptovaliutų rinkos vertė yra apie 150 mlrd.

Esminis Bitcoin bruožas yra jo saugumas. Bitkoinai turi dvi svarbias apsaugos priemones, kurios neleidžia jų pavogti ar nukopijuoti. Abu yra pagrįsti kriptografiniais protokolais, kuriuos sunku nulaužti. Kitaip tariant, jie išnaudoja matematines funkcijas, tokias kaip faktorizavimas, kurios yra lengvos viena kryptimi, bet sunkios kita – bent jau įprastam klasikiniam kompiuteriui.

Tačiau horizonte yra problema. Kvantiniai kompiuteriai gali lengvai išspręsti šias problemas. O pirmieji kvantiniai kompiuteriai šiuo metu yra kuriami.

Tai kelia neatidėliotiną klausimą: ar Bitcoin yra apsaugotas nuo kvantinių atakų, kurios bus įmanomos per ateinančius kelerius metus?

Šiandien mes gauname atsakymą dėl Divesho Aggarwal iš Singapūro nacionalinio universiteto ir kelių bičiulių darbo. Šie vaikinai ištyrė kvantinių kompiuterių keliamą grėsmę Bitcoin ir teigia, kad pavojus yra tikras ir neišvengiamas.

Pirmiausia šiek tiek fono. Bitcoin sandoriai saugomi paskirstytoje knygoje, kurioje sulyginami visi sandoriai, atlikti per tam tikrą laikotarpį, paprastai apie 10 minučių. Šiame rinkinyje, vadinamame bloku, taip pat yra ankstesnio bloko kriptografinė maiša, kurioje yra ankstesnio bloko kriptografinė maiša ir pan. Iš čia kilo terminas „blockchain“.

(Maisa yra matematinė funkcija, kuri bet kokio ilgio duomenų rinkinį paverčia konkretaus ilgio rinkiniu.)

Naujame bloke taip pat turi būti skaičius, vadinamas nonce, kuris turi ypatingą savybę. Kai šis nonce yra maišomas arba matematiškai sujungiamas su bloko turiniu, rezultatas turi būti mažesnis nei tam tikra tikslinė vertė.

Atsižvelgiant į neigiamą ir bloko turinį, tai lengva parodyti, todėl bet kas gali patikrinti bloką. Tačiau nonce generavimas užima daug laiko, nes vienintelis būdas tai padaryti yra brutali jėga – bandyti skaičius vieną po kito, kol randamas nonce.

Šis „nonce“ paieškos procesas, vadinamas kasyba, yra apdovanojamas Bitcoinais. Kasyba reikalauja tiek daug skaičiavimų, kad užduotis paprastai paskirstoma daugeliui kompiuterių, kurie dalijasi atlygiu.

Tada blokas dedamas į paskirstytą knygą ir, patvirtinus, įtraukiamas į blokų grandinę. Tada kalnakasiai pradeda dirbti kitame bloke.

Retkarčiais dvi kasybos grupės randa skirtingus nuokrypius ir deklaruoja du skirtingus blokus. Bitcoin protokole teigiama, kad tokiu atveju blokas, su kuriuo buvo dirbama daugiau, bus įtrauktas į grandinę, o kitas – išmestas.

Šis procesas turi Achilo kulną. Jei kalnakasių grupė valdo daugiau nei 50 procentų tinklo skaičiavimo galios, ji visada gali išgauti blokus greičiau nei tas, kuris turi kitus 49 procentus. Tokiu atveju ji veiksmingai valdo knygą.

Jei jis yra kenkėjiškas, jis gali išleisti bitkoinus du kartus, ištrindamas operacijas, kad jos niekada nebūtų įtrauktos į blokų grandinę. Kiti 49 procentai kalnakasių nėra išmintingesni, nes neprižiūri kasybos proceso.

Tai sukuria galimybę piktavališkam kvantinio kompiuterio savininkui dirbti kaip Bitcoin kasėjas. Jei ši skaičiavimo galia peržengs 50 procentų ribą, ji gali daryti tai, kas jai patinka.

Taigi Aggarwal ir bendradarbiai konkrečiai tiria tikimybę, kad kvantinis kompiuteris taps toks galingas tinkle. Jie žiūri į numatomą kvantinių kompiuterių laikrodžio greitį per ateinančius 10 metų ir lygina jį su tikėtinu įprastos aparatinės įrangos galia.

Jų išvada bus palengvėjimas Bitcoin kalnakasiams visame pasaulyje. Aggarwal ir bendradarbiai teigia, kad didžioji dalis kasybos atliekama naudojant specifinius integrinius grandynus (ASIC), kuriuos gamina tokios įmonės kaip „Nvidia“. Tikėtina, kad per ateinančius 10 metų ši aparatinė įranga išlaikys greičio pranašumą prieš kvantinius kompiuterius.

Mes nustatėme, kad Bitcoin naudojamas darbo įrodymas yra santykinai atsparus dideliam kvantinių kompiuterių pagreitėjimui per ateinančius 10 metų, daugiausia dėl to, kad specializuoti ASIC kalnakasiai yra ypač greiti, palyginti su numatomu trumpalaikių kvantinių kompiuterių laikrodžio greičiu. .

Tačiau yra kita grėsmė, kuri kelia daug didesnį nerimą. „Bitcoin“ turi kitą kriptografinę apsaugos funkciją, užtikrinančią, kad tik „Bitcoin“ savininkas galėtų jį išleisti. Tai pagrįsta ta pačia matematika, kuri naudojama viešojo rakto šifravimo schemoms.

Idėja yra ta, kad savininkas generuoja du skaičius - privatų raktą, kuris yra slaptas, ir viešąjį raktą, kuris yra paskelbtas. Viešąjį raktą galima lengvai sugeneruoti iš privataus rakto, bet ne atvirkščiai. Parašas gali būti naudojamas norint patikrinti, ar savininkas turi privatųjį raktą, neatskleidžiant privataus rakto, naudojant metodą, vadinamą elipsinės kreivės parašo schema.

Tokiu būdu gavėjas gali patikrinti, ar savininkas turi privatų raktą ir todėl turi teisę išleisti Bitcoin.

Vienintelis būdas apgauti šią sistemą yra apskaičiuoti privatų raktą naudojant viešąjį raktą, o tai labai sunku naudojant įprastus kompiuterius. Bet su kvantiniu kompiuteriu tai paprasta.

Štai kaip kvantiniai kompiuteriai kelia didelę riziką Bitcoin. „Bitcoin“ naudojama elipsės kreivės parašo schema yra daug labiau rizikinga ir gali būti visiškai sugadinta kvantinio kompiuterio jau 2027 m., sako Aggarwal ir kt.

Iš tiesų, kvantiniai kompiuteriai kelia panašų pavojų visoms šifravimo schemoms, naudojančioms panašią technologiją, kuri apima daug bendrų šifravimo formų.

Yra viešojo rakto schemų, kurios yra atsparios kvantinių kompiuterių atakoms. Taigi galima įsivaizduoti, kad Bitcoin protokolai gali būti peržiūrėti, kad sistema būtų saugesnė. Tačiau dabar to daryti neketinama.

Bitkoinai nėra svetimi ginčams. Dėl savo saugumo ji atlaikė įvairias audras. Tačiau tai negarantuoja, kad ateityje jis susitvarkys. Vienas dalykas yra tikras: spaudimas keistis padidės, kai pirmieji galingi kvantiniai kompiuteriai pateks į tinklą per ateinančius kelerius metus.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1710.10377 : kvantinės bitkoino atakos ir kaip nuo jų apsisaugoti

paslėpti