Điện toán lượng tử để chạy các mô hình kinh tế về việc áp dụng tiền điện tử

Bởi nhiều tài khoản, điện toán lượng tử (QC), sử dụng “spin” nguyên tử thay vì một điện tích để đại diện cho nhị phân 1 và 0 của nó, đang phát triển với tốc độ hàm mũ. Nếu QC được thực hiện ở quy mô lớn, nó có thể là một lợi ích cho xã hội loài người, giúp cải thiện năng suất cây trồng, thiết kế thuốc tốt hơn và kỹ sư máy bay an toàn hơn, trong số các lợi ích khác.

Lĩnh vực tiền điện tử cũng có thể thu lợi nhuận. Chỉ tuần trước, ví dụ, một dự án ủy thác của Ngân hàng Canada mô phỏng việc áp dụng tiền điện tử giữa các tổ chức tài chính Canada sử dụng điện toán lượng tử.

Nhưng, những người khác lo lắng rằng điện toán lượng tử, với sức mạnh “vũ phu” phi thường của nó, cũng có thể phá vỡ cấu trúc mật mã của blockchain, đã phục vụ Bitcoin ( BTC) rất tốt kể từ khi thành lập. Thật vậy, một số người nói rằng đó chỉ là vấn đề thời gian trước khi các máy tính lượng tử sẽ có thể xác định các số nguyên tố khổng lồ là thành phần chính của khóa riêng BTC – giả sử không có biện pháp đối phó nào được phát triển.

Dọc theo những dòng này, một bài báo được công bố gần đây đã tính toán cần bao nhiêu công suất lượng tử để nhân đôi khóa riêng BTC, tức là “số qubit vật lý cần thiết để phá vỡ 256- mã hóa đường cong elip bit của các khóa trong mạng Bitcoin, theo giải thích của các tác giả của bài báo, những người có liên quan đến Đại học Sussex.

Để chắc chắn, đây sẽ không phải là nhiệm vụ dễ dàng. Thuật toán của Bitcoin chuyển đổi khóa công khai sang khóa riêng là “một cách”, có nghĩa là dễ dàng tạo khóa công khai từ khóa riêng nhưng hầu như không thể lấy được khóa riêng từ khóa công khai bằng máy tính ngày nay.

Ngoài ra, tất cả điều này sẽ phải được thực hiện trong khoảng 10 phút, khoảng thời gian trung bình mà khóa công khai bị lộ hoặc dễ bị tổn thương trên mạng Bitcoin. Nó cũng giả định rằng khóa công khai giống hệt với địa chỉ BTC, cũng như hầu hết trong những ngày đầu của Bitcoin trước khi nó trở thành thông lệ phổ biến để sử dụng thuật toán KECCAK để “băm” khóa công khai để tạo ra địa chỉ BTC. Người ta ước tính rằng khoảng một phần tư Bitcoin hiện tại đang sử dụng các khóa công khai chưa được giải quyết.

Với những hạn chế này, các tác giả ước tính rằng 1,9 tỷ qubit sẽ cần thiết để thâm nhập một khóa riêng Bitcoin duy nhất trong vòng 10 phút. Qubit, hay bit lượng tử, là tương tự với “bit” trong điện toán cổ điển. Bằng cách so sánh, hầu hết các máy tính proto-QC ngày nay có thể triệu tập 50—100 qubit, mặc dù bộ xử lý lượng tử Eagle hiện đại của IBM có thể quản lý 127 qubit.

Nói một cách khác, đó là 127 qubit so với 1.9 tỷ cần thiết để bẻ khóa bảo mật Bitcoin bằng cách sử dụng một máy tính lượng tử ion bị mắc kẹt quy mô lớn, như được đề xuất trong bài báo Khoa học lượng tử AVS.

Mark Webber, quantum architect at Universal Quantum, a University of Sussex spin-out firm, and the paper’s lead author, said, “Our estimated requirement […] suggests Bitcoin should be considered safe from a quantum attack for now, but quantum computing technologies are scaling quickly with regular breakthroughs affecting such estimates and making them a very possible scenario within the next 10 years.” 

Mối đe dọa có thật không?

Could Bitcoin’s security really be cracked? “I think that quantum computers could break cryptocurrency,” Takaya Miyano, a professor of mechanical engineering at Japan’s Ritsumeikan University, told Cointelegraph, “Though, not in a few years time, but in 10–20 years time.”

Miyano gần đây dẫn đầu một nhóm phát triển một mật mã dòng dựa trên hỗn loạn được thiết kế để chống lại các cuộc tấn công từ các máy tính lượng tử quy mô lớn.

David Chaum, viết năm ngoái cho Cointelegraph, cũng nghe có vẻ báo động – không chỉ đối với tiền điện tử mà còn cho xã hội rộng lớn hơn:

“Perhaps most terrifying for a society so reliant on the internet, quantum-level computing puts all of our digital infrastructures at risk. Our contemporary internet is built on cryptography⁠ — the use of codes and keys to secure private communication and storage of data.”

Trong khi đó, đối với các loại tiền điện tử như Bitcoin và Ether ( ETH), “mà khái niệm này là cơ bản, một máy tính lượng tử đủ mạnh có thể có nghĩa là trộm cắp hàng tỷ đô la giá trị hoặc phá hủy toàn bộ blockchain altogether hoàn toàn,” Chaum tiếp tục.

There are more than 4 million BTC “that are potentially vulnerable to a quantum attack,” consulting firm Deloitte estimates, a number that comprises owners using un-hashed public keys or who are reusing BTC addresses, another unwise practice. At current market prices, that amounts to about $171 billion at risk. 

Recent: Is asymmetric information driving crypto’s wild price swings?

“ Cá nhân, tôi nghĩ rằng chúng tôi không thể vào lúc này để thực hiện một ước tính tốt” thời gian nó sẽ mất trước khi các máy tính lượng tử có thể phá vỡ mã hóa BTC, Itan Barmes, dẫn đầu an ninh lượng tử tại Deloitte Hà Lan và dự án đồng nghiệp tại Diễn đàn Kinh tế Thế giới, nói với Cointelegraph. Nhưng, nhiều chuyên gia ngày nay ước tính 10-15 năm, ông nói. Nhiều người trong số những ước tính này cũng là để phá vỡ mã hóa mà không có hạn chế thời gian. Làm tất cả trong vòng 10 phút sẽ khó khăn hơn.

Other cryptocurrencies, not just Bitcoin, could be vulnerable too, including those with proof-of-stake (PoS) validation mechanisms; Bitcoin uses a proof-of-work (PoW) protocol. “If blockchain protocol exposes public keys for a sufficiently long time, it automatically becomes vulnerable under quantum attacks,” Marek Narozniak, a physicist and member of Tim Byrnes’ quantum research group at New York University, told Cointelegraph. “It could allow an attacker to forge transactions or impersonate block producers’ identity for PoS systems.” 

Time to prepare

It seems the crypto industry might have about a decade to get ready for a potential QC onslaught, and this is crucial. Narozniak noted:

“There is more than enough time to develop quantum-safe cryptography standards and work out adequate forks to currently used blockchain protocols.”

When asked if he was confident that post-quantum cryptography will be developed in time to thwart hackers before the 10-minute barrier is broken, Deloitte’s Barmes referenced a more recent paper he co-authored on quantum risks to the Ethereum blockchain that describes two types of attacks: a storage attack and a transit attack. The first “is less complicated to execute, but to defend against it, you don’t necessarily need to replace the cryptography algorithm.” On the other hand, he told Cointelegraph:

“The transit attack is much more difficult to execute and is also much more difficult to protect against. There are some candidate algorithms that are believed to be resistant to quantum attacks. However, they all have performance drawbacks that can be detrimental to the applicability and scalability to the blockchain.”

An arm’s race?

What is unfolding in this area, then, appears to be a sort of arms race — as computers grow more powerful, defensive algorithms will have to be developed to meet the threat. 

“This overall pattern is really nothing new to us,” said Narozniak. “We see it in other industries as well.” Innovations are introduced, and others try to steal them, so piracy protection mechanisms are developed, which provoke even more clever theft devices. 

“What makes this quantum-safe cryptography case a little bit different is that the quantum algorithms impose a more drastic change. After all, those devices are based on different physics and for certain problems they offer different computational complexity,” added Narozniak.

Indeed, QC makes use of an uncanny quality of quantum mechanics whereby an electron or atomic particle can be in two states at the same time. In classical computing, an electric charge represents information as either an 0 or a 1 and that is fixed, but in quantum computing, an atomic particle can be both a 0 and a 1, or a 1 and a 1, or a 0 and a 0, etc. If this unique quality can be harnessed, computing power explodes manyfold, and QC’s development, paired with Shor’s algorithm — first described in 1994 as a theoretical possibility, but soon to be a wide-reaching reality, many believe — also threatens to burst apart RSA encryption, which is used in much of the internet including websites and email. 

“Yes, it’s a very tough and exciting weapons race,” Miyano told Cointelegraph. “Attacks — including side-channel attacks — to cryptosystems are becoming more and more powerful, owing to the progress in computers and mathematical algorithms running on the machines. Any cryptosystem could be broken suddenly because of the emergence of an incredibly powerful algorithm.”

Mô phỏng các mối quan hệ tài chính

One shouldn’t necessarily assume that quantum computing’s impact on the crypto sector will be entirely deleterious, however. Samuel Mugel, chief technology officer at Multiverse Computing, the firm that led the above-referenced program at Bank of Canada, explained that in the pilot, they were able to simulate a network of financial relationships in which the decisions that one firm might make were highly dependent on decisions of other firms, further explaining to Cointelegraph:

“Game theory networks like this are very hard for normal supercomputers to solve because more optimal behaviors can get overlooked. Quantum computers have ways of dealing with this type of problem more efficiently.”

Devices based on quantum mechanics potentially offer other unique possibilities, added Narozniak, “For instance, unlike classical states, quantum states cannot be copied. If digital tokens were represented using the quantum states, the no-cloning theorem would automatically protect them from being double-spent.”

Recent: Crypto seen as the ‘future of money’ in inflation-mired countries

Quantum entanglement could also be used to secure quantum smart contracts, Narozniak said. “Tokens could be entangled during the execution of the contract making both parties vulnerable to eventual loss if the smart contract is not executed as agreed.”

Phát triển mật mã sau lượng tử

All in all, the threat to the cryptoverse from quantum computing appears real, but enormous power would be required to breach crypto’s underlying cryptography, and hackers would also have to work under stringent time constraints — having only 10 minutes to penetrate a BTC private key, for instance. The reality of breaking Bitcoin’s elliptic curve encryption through the use of quantum computing is at least a decade away, too. But, the industry needs to get started now in developing deterrents. “I would say that we should be ready on time, but we need to start working seriously on it,” said Barmes.

Trên thực tế, một lượng nghiên cứu đáng kể hiện đang diễn ra “trong tiền điện tử hậu lượng tử”, Dawn Song, một giáo sư trong bộ phận khoa học máy tính tại Đại học California, Berkeley, nói với Cointelegraph, nói thêm:

“It is important that we develop quantum-resistant, or post-quantum, cryptography so we have the alternatives ready when quantum computers are powerful enough in reality.”