Varför kvantberäkning inte är ett hot mot krypto… än

Quantum computing har väckt oro för framtiden för kryptovaluta och blockchain-teknik de senaste åren. Till exempel är det vanligt att anta att mycket sofistikerade kvantdatorer en dag kommer att kunna knäcka dagens kryptering, vilket gör säkerheten till ett allvarligt problem för användare i blockkedjeområdet.

Smakämnen SHA-256 kryptografiskt protokoll som används för Bitcoin-nätverkssäkerhet är för närvarande okrossbar av dagens datorer. Men experter förutse att inom ett decennium kommer kvantberäkningar att kunna bryta befintliga krypteringsprotokoll.

När det gäller huruvida innehavare ska vara oroliga för att kvantdatorer är ett hot mot kryptovaluta, berättade Johann Polecsak, teknisk chef för QAN Platform, en lager-1 blockchain-plattform, till Cointelegraph:

"Definitivt. Elliptiska kurvsignaturer – som driver alla större blockkedjor idag och som har visat sig vara sårbara mot QC-attacker – kommer att gå sönder, vilket är den ENDA autentiseringsmekanismen i systemet. När den väl går sönder kommer det att vara bokstavligen omöjligt att skilja på en legitim plånboksägare och en hacker som har förfalskat en signatur för en."

Om de nuvarande kryptografiska hashalgoritmerna någonsin blir knäckta, lämnar det hundratals miljarder värde av digitala tillgångar sårbara för stöld från illvilliga aktörer. Trots dessa farhågor har kvantdatorn fortfarande en lång väg kvar att gå innan den blir ett livskraftigt hot mot blockkedjeteknologin. 

Vad är kvantberäkning?

Samtida datorer bearbetar information och utför beräkningar med hjälp av "bitar". Tyvärr kan dessa bitar inte existera samtidigt på två platser och två distinkta tillstånd.

Istället kan traditionella datorbitar antingen ha värdet 0 eller 1. En bra analogi är att en ljusströmbrytare slås på eller av. Därför, om det finns ett par bitar, till exempel, kan dessa bitar endast hålla en av de fyra potentiella kombinationerna vid varje ögonblick: 0-0, 0-1, 1-0 eller 1-1.

Ur en mer pragmatisk synvinkel är innebörden av detta att det sannolikt kommer att ta en genomsnittlig dator ganska lång tid att slutföra komplicerade beräkningar, nämligen de som måste ta hänsyn till varje potentiell konfiguration.

Kvantdatorer fungerar inte under samma begränsningar som traditionella datorer. Istället använder de något som kallas kvantbitar eller "qubits" snarare än traditionella bitar. Dessa qubits kan samexistera i tillstånden 0 och 1 samtidigt.

Som nämnts tidigare kan två bitar bara samtidigt hålla en av fyra möjliga kombinationer. Ett enda par qubits kan dock lagra alla fyra samtidigt. Och antalet möjliga alternativ växer exponentiellt för varje ytterligare qubit.

Nyligen: Vad Ethereum Merge betyder för blockkedjans lager-2-lösningar

Som en konsekvens kan kvantdatorer utföra många beräkningar samtidigt som de överväger flera olika konfigurationer. Tänk till exempel på 54-qubit Sycamore-processor som Google utvecklat. Den kunde slutföra en beräkning på 200 sekunder som skulle ha tagit den kraftfullaste superdatorn i världen 10,000 XNUMX år att slutföra.

Enkelt uttryckt är kvantdatorer mycket snabbare än traditionella datorer eftersom de använder qubits för att utföra flera beräkningar samtidigt. Dessutom, eftersom qubits kan ha ett värde på 0, 1 eller båda, är de mycket effektivare än det binära bitsystem som används av nuvarande datorer.

Olika typer av kvantberäkningsattacker

Så kallade lagringsattacker involverar en illvillig part som försöker stjäla kontanter genom att fokusera på mottagliga blockkedjeadresser, till exempel de där plånbokens publika nyckel är synlig i en offentlig reskontra.

Fyra miljoner Bitcoin (BTC), eller 25 % av alla BTC, är sårbara för en attack av en kvantdator på grund av att ägare använder icke-hashade offentliga nycklar eller återanvänder BTC-adresser. Kvantdatorn måste vara tillräckligt kraftfull för att dechiffrera den privata nyckeln från den ohashade offentliga adressen. Om den privata nyckeln lyckas dechiffreras kan den illvilliga skådespelaren stjäla en användares pengar direkt från deras plånböcker.

Men experter förutse att den datorkraft som krävs att utföra dessa attacker skulle vara miljontals gånger mer än de nuvarande kvantdatorerna, som har mindre än 100 qubits. Ändå har forskare inom kvantberäkningsområdet antagit hypotesen att antalet kvantbitar som används kan nå 10 miljoner under de kommande tio åren.

För att skydda sig mot dessa attacker måste kryptoanvändare undvika att återanvända adresser eller flytta sina pengar till adresser där den publika nyckeln inte har publicerats. Detta låter bra i teorin, men det kan visa sig vara för tråkigt för vardagliga användare.

Någon med tillgång till en kraftfull kvantdator kan försöka stjäla pengar från en blockchain-transaktion under transit genom att starta en transitattack. Eftersom det gäller alla transaktioner är omfattningen av denna attack mycket bredare. Men att genomföra det är mer utmanande eftersom angriparen måste slutföra det innan gruvarbetarna kan utföra transaktionen.

Under de flesta omständigheter har en angripare inte mer än några minuter på sig på grund av bekräftelsetiden på nätverk som Bitcoin och Ethereum. Hackare behöver också miljarder qubits för att utföra en sådan attack, vilket gör risken för en transitattack mycket lägre än en lagringsattack. Ändå är det fortfarande något som användare bör tänka på.

Att skydda mot övergrepp under transport är ingen lätt uppgift. För att göra detta är det nödvändigt att byta blockkedjans underliggande kryptografiska signaturalgoritm till en som är resistent mot en kvantattack.

Åtgärder för att skydda mot kvantberäkning

Det återstår fortfarande en betydande mängd arbete med kvantberäkningar innan det kan anses vara ett trovärdigt hot mot blockkedjeteknologin. 

Dessutom kommer blockkedjetekniken med största sannolikhet att utvecklas för att ta itu med frågan om kvantsäkerhet när kvantdatorer är allmänt tillgängliga. Det finns redan kryptovalutor som IOTA som använder riktad acyklisk graf (DAG) teknik som anses vara kvantresistent. I motsats till blocken som utgör en blockkedja, är riktade acykliska grafer uppbyggda av noder och kopplingar mellan dem. Således tar register över kryptotransaktioner formen av noder. Sedan staplas posterna för dessa utbyten ovanpå varandra.

Blockgitter är en annan DAG-baserad teknik som är kvantbeständig. Blockchain-nätverk som QAN Platform använder tekniken för att göra det möjligt för utvecklare att bygga kvantresistenta smarta kontrakt, decentraliserade applikationer och digitala tillgångar. Gitterkryptografi är resistent mot kvantdatorer eftersom den är baserad på ett problem som en kvantdator kanske inte kan lösa enkelt. De namn som ges till detta problem är Shortest Vector Problem (SVP). Matematiskt är SVP en fråga om att hitta den kortaste vektorn i ett högdimensionellt gitter.

Nyligen: ETH Merge kommer att förändra hur företag ser på Ethereum för företag

Man tror att SVP är svårt för kvantdatorer att lösa på grund av kvantberäkningens natur. Endast när tillstånden för qubitarna är helt inriktade kan superpositionsprincipen användas av en kvantdator. Kvantdatorn kan använda superpositionsprincipen när qubitarnas tillstånd är perfekt inriktade. Ändå måste den tillgripa mer konventionella beräkningsmetoder när tillstånden inte är det. Som ett resultat är det mycket osannolikt att en kvantdator lyckas lösa SVP. Det är därför gitterbaserad kryptering är säker mot kvantdatorer.

Även traditionella organisationer har tagit steg mot kvantsäkerhet. JPMorgan och Toshiba har gått ihop för att utveckla kvantnyckelfördelning (QKD), en lösning som de påstår sig vara kvantresistent. Med användning av kvantfysik och kryptografi gör QKD det möjligt för två parter att handla med konfidentiell data samtidigt som de kan identifiera och förhindra varje ansträngning från en tredje part för att avlyssna transaktionen. Konceptet betraktas som en potentiellt användbar säkerhetsmekanism mot hypotetiska blockchain-attacker som kvantdatorer kan komma att utföra i framtiden.