Российские учёные: Квантовые компьютеры могут угрожать безопасности блокчейна

«Опасность реальна», — писал MIT Technology Review в ноябре 2017 года. Эта «экзистенциальная угроза» может стать концом для блокчейна и сделать его «устаревшей технологией». Квантовые вычисления нависают над блокчейном как SEC над крипторынком. Они приближаются, медленно, но верно, чтобы убить блокчейн. Или сделать его сильнее. Как пишет Джессика Кляйн из Breaker, — всё зависит от того, кого вы спрашиваете.

До сих пор развитие квантовых вычислений позиционировались как однозначная угроза для блокчейна. Угроза для цифр. В отличии от нуля и единицы в обычных компьютерах, биты квантовых компьютеров («кубиты») могут существовать в ряде состояний, которые экспоненциально возрастают с количеством кубитов.

Цифровые подписи пользователей блокчейна (приватные ключи) могут быть уязвимы для квантовых компьютеров, чьи вычислительные способности намного превосходят возможности обычных компьютеров. Если публичный ключ пользователя может быть легко сгенерирован из его закрытого ключа, выполнение противоположного действия требует чрезвычайно сложных и долгих вычислений. Сегодняшние компьютеры не могут справится с ними, но квантовые компьютеры будущего — вполне возможно.

Блокчейн «может быть полностью разрушен квантовым компьютером уже в 2027 году», — писал в прошлом году Дивеш Аггарваль, исследователь Национального университета Сингапура. Но что, если самая большая экзистенциальная угроза для блокчейна может оказаться его наиболее эффективной защитой?

Новая статья в журнале Nature от исследователей из Российского квантового центра (Центра) рассматривает «одностороннюю» проблему приватного ключа и то, как квантовые вычисления могут её решить. Цель исследований Центра заключается в том, чтобы «интегрироваться в международное научное сообщество и занять лидирующие позиции в квантовой науке и технологиях». Авторы исследования: Александр Львовский (профессор физики в Оксфорде), Алексей Федоров (руководитель квантовой информационно-технологической группы Центра) и Евгений Киктенко (ведущий научный сотрудник Центра) .

В статье говорится, что цифровая подпись — это «единственная линия защиты» для пользователей блокчейна. Когда появятся квантовые компьютеры, способные разобраться с этими секретными ключами — их больше ничего не остановит.

Блокчейну исследователи противопоставляют банки, где у клиентов есть «пластиковые карты, секретные вопросы, верификация личности и живые кассиры», которые вместе образуют стену между финансами и всем остальным. Эти проверки часто считаются менее надёжными по отношению к блокчейну из-за того, что они находятся в руках централизованных банков, которые могут стать жертвами взлома и имеют право заблокировать вас счёт. В статье говорится, что с развитием квантовых вычислений безопасность блокчейна потребует подобных дополнительных проверок.

Ждать полностью работоспособных квантовых компьютеров в этом десятилетии не стоит. Однако исследователи, ссылаясь на активную работу по квантовым вычислениям, обращают внимание на то, что квантовые устройства с «более ограниченными возможностями» могут взломать блокчейн в более короткой перспективе. Специалисты из компании D-Wave создали 2000-кубитный квантовый компьютер; Google может похвастаться 72-кубитным процессором, тогда как IBM имеет 50-кубитную модель.

Кроме того, квантовые компьютеры могут дать новый уровень «неизменности» — одного из ключевых преимуществ блокчейна. Вы не можете копировать квантовое состояние, не меняя его — эта мысль успокоит даже тех, кто сомневается в безопасности приватного ключа. Такая неизменность (вернее, такая легко отслеживаемая изменчивость) могла бы заменить шифрование в блокчейне. Но, как и многие другие перспективные решения в приватности и безопасности, — это непомерно дорого и сложно. По крайней мере, до заметного прогресса в исследованиях.

В перспективе несколько квантовых компьютеров могут быть подключены друг к другу, что позволит создать «квантовый блокчейн», где данные обрабатываются быстрее и с намного большей защитой. Однако пока подобная сеть представляется лишь как гипотеза. Статья в Nature предоставляет мало альтернатив, предполагая, что блокчейн-платформы должны повысить свою «гибкость», меняя криптографические алгоритмы «на лету».

Исследователи из Центра не были первыми, кто предложил использовать квантовые вычисления для повышения безопасности блокчейна. Дель Раджан и Мэтт Виссер из Университета Виктории в Веллингтоне (Новая Зеландия) исследовали, как квантовая запутанность может помочь в отслеживании попыток изменения блокчейна.