Без квантовой безопасности будущее блокчейна под угрозой

У каждой цивилизации есть свои пугающие мифы о грядущей погибели. Одна из самых жутких страшилок развивающегося криптомира – всемогущий квантовый компьютер, который взломает всё. Даже закрытые ключи биткойн-кошельков, вот ужас-то!

Квантовый компьютер – это сверхмощное вычислительное устройство, которое обрабатывает информацию примерно в 100 триллионов раз быстрее традиционного компьютера. Такая скорость очень пригодится для обработки больших данных, моделирования нейросетей, и много чего еще из того, что мы называем технологиями будущего. Хорошая вещь, короче говоря. Однако у этой сияющей медали есть и другая сторона – темная! Разработчики утверждают, будто квантовый компьютер вполне может разрушить современную систему компьютерной безопасности. Ведь с такой скоростью обработки данных ничего не стоит за секунды проанализировать терабайты информации и взломать любой, даже самый сложный криптографический код. К примеру, банковские транзакции и сообщения сегодня шифруются при помощи алгоритма RSA, подбирать к нему ключи на обычном компьютере придется десятки, а то и сотни тысяч лет. А вот квантовый монстр справится с задачей за минуты.

Вы уже дрожите и трепещете?

Не спешите, давайте сначала послушаем Дэвида Чаума: один из первых исследователей блокчейнов, всемирно известный криптограф и защитник конфиденциальности и припугнет нас дополнительно, и скажет кое-что обнадеживающее.

Новости о том, что две группы китайских ученых достигли квантового преимущества - технический термин, обозначающий, когда компьютер может выполнять функции, превосходящие функции классического компьютера - могут быть сигналом того, что мы действительно вступили в новую эру.

Прототипы квантовых компьютеров появились в конце двадцатого века. Осенью 2019 года компания Google представила последнюю разработку, продемонстрировав новые возможности квантовых вычислений. Эксперимент NASA показал, что машине потребовалось 3 минуты и 20 секунд для того, чтобы произвести расчет, на который самому мощному на тот момент суперкомпьютеру Summit (IBM) потребовалось бы около 10 тысяч лет. В начале декабря 2020 года на рынке появился новый, еще более мощный квантовый компьютер, созданный группой китайских ученых под руководством известного физика Пань Цзяньвэй (Pan Jianwei). По результатам тестов, опубликованных в журнале Science, производительность устройства превысила показатели компьютера Google в 10 миллиардов раз, а современного суперкомпьютера – в 100 триллионов раз.  

В то время как 54-кубитный квантовый процессор Google, Sycamore, стал первым широко известным примером квантовых вычислений на ранней стадии, последние новости из Китайского университета науки и технологий в Хэфэе - лучшее доказательство того, что мы пересекли информационный рубикон.

Но, несмотря на множество причин для воодушевления этими событиями, есть и причины для беспокойства. Хотя мы все можем с нетерпением ждать того дня, когда сможем предсказать пробки на дорогах, восстановить доисторических животных или точно определить вероятность заболевания раком, а затем разработать уникальное лечение - и все это за секунды ⁠ - его огромная сила имеет темную сторону.

Возможно, самым ужасным для общества, столь зависимого от Интернета, является то, что квантовые вычисления ставят под угрозу всю нашу цифровую инфраструктуру.

Наш современный Интернет построен на криптографии⁠ - использовании кодов и ключей для защиты частной связи и хранения данных. Но для таких криптовалют, как Биткойн (BTC) и Эфир (ETH), для которых эта концепция является фундаментальной, один достаточно мощный квантовый компьютер может означать кражу миллиардов долларов стоимости или полное уничтожение всей цепочки блоков. Поскольку цифровые подписи внезапно станет легко подделать, сама концепция «владения» кошельком покажется странной.

Когда я впервые применил цифровую валюту в конце 1980-х, квантовые компьютеры были просто теоретическим предположением. Хотя мы все знали о его неизбежном появлении (те, кто работает в сфере технологий, часто остро осознают, что будущее с головокружительной скоростью приближается к нам), в мире, где мы даже не видели первый веб-браузер, мы не тратили много времени на размышления о том, что уже тогда казалось технологиями далекого будущего.

Уязвимость к квантовым вычислениям

Однако времена изменились. В течение следующих трех десятилетий криптовалюта будет усовершенствована и в ней станет храниться почти 3 триллиона долларов. Один анализ, проведенный Deloitte, показал, что более 25% всех биткойнов, что на момент написания данного материала составляет почти 300 миллиардов долларов, может быть украдено за одну атаку. Если учесть подкрепленные расчетами ожидания, согласно которым к 2025 году 10% мирового ВВП будет храниться в криптовалюте, эта уязвимость быстро превратится из тревожной в ужасающую. Мало того, что квантовые вычисления уже не за горами, мы еще никогда не были так уязвимы для них.

Более того, история показывает нам, что нам следует опасаться не только хакеров, кибертеррористов и преступных организаций, но и собственных правительств. Разоблачения, сделанные в последние десятилетия Челси Мэннингом и Эдвардом Сноуденом,  показали миру, что именно может (и будет) делать самое могущественное правительство на планете, когда этого никто не видит. Авторитарные державы, такие как Россия и Китай, имеют свои изощренные методы принуждения и контроля над своим населением. Квантовые вычисления только усилят их тиранию.

Хотя мы уже знаем несколько примеров ранних квантовых вычислений, было бы глупо делать ставку против того, что субъект государственного уровня заполучит высокоразвитую квантовую систему раньше, чем частная организация. И когда правительства получат эту технологию, они придут не только за вашими биткойнами. Они будут читать ваши сообщения и каждое электронное письмо, любой документ, который вы когда-либо отправляли с использованием старой криптографии. Теперь все будет доступно с их новым квантовым мастер-ключом.

Есть ли решение?

Загадка, с которой мы сталкиваемся, продвигаясь вперед, заключается в том, как обезопасить себя от разрушительного потенциала квантовых компьютеров. Моя команда и я в сети xx потратили последние несколько лет на разработку нашего квантово-безопасного блокчейна как одного из способов решения этой проблемы. Добавление еще одного уровня защиты конфиденциальности с помощью нашего флагманского DApp для измельчения метаданных, xx messenger, станет еще одним способом защиты от злоумышленников, вооруженных квантами. Будут и другие решения от разных новаторов, просто они не появляются достаточно быстро.

Есть основания полагать, что грядущая революция квантовых вычислений не подорвет наши шансы на создание нового, децентрализованного мира, построенного на блокчейне. Во-первых, Национальный институт стандартов и технологий США уже рассматривает 69 потенциальных новых методов «постквантовой криптографии» и ожидает, что к 2024 году появится проект стандарта, который затем можно будет развернуть в Интернете.

Также существует очень мало криптографических методов, которые стали бы полностью непригодными в постквантовом мире. Протокол согласования ключей и цифровые подписи являются наиболее уязвимыми, а вот такие инновации, как криптография на основе решеток, предоставляют нам готовые решения для реализации в технологии блокчейн следующего поколения, также известны еще более сильные методы.

Хотя крупномасштабного квантового компьютера, который я рисовал в ваших кошмарах, еще не существует, высокомерие и безграничное чувство свободного оптимизма нашего сообщества (обычно это актив) могут оставить нас незащищенными, когда он, наконец, появится. За последние несколько лет произошло заметное признание не только криптовалюты, но и мнения о том, что децентрализация может быть решением многих проблем, которые мы находим сегодня в наших обществах. Мы выигрываем битву. Было бы большим позором проиграть войну, потому что мы не восприняли всерьез эту коллективную угрозу нашей безопасности и частной жизни.

Если мы это сделаем, то сможем обеспечить фундаментальные перспективы технологии блокчейн и повысить ее привлекательность. Тогда это будет похоже на то, чем можно восторгаться.

Об авторе

Дэвид Чаум известен как «Крестный отец конфиденциальности». Именно доктор Чаум впервые предложил решение для защиты метаданных с помощью смешанно-каскадных сетей в 1979 году. В 1982 году его диссертация в Калифорнийском университете в Беркли стала первым известным предложением протокола блокчейна. Д-р Чаум продолжил разработку eCash, первой цифровой валюты, и внес большой вклад в обеспечение безопасности систем голосования в 1990-х годах. Сегодня д-р Чаум является основателем Elixxir, Praxxis и сети xx, которая объединяет  десятилетия его исследований и вклад в области криптографии и конфиденциальности, чтобы предоставить самые современные решения для блокчейнов.