Как блокчейн справится с угрозой квантовых компьютеров

Рассказываем, как с угрозой квантовых компьютеров справятся квантовые блокчейны и что необходимо для их создания.

Эволюция блокчейнов идет стремительными темпами. С момента возникновения биткоина мы стали свидетелями четырех основных способов защиты блокчейн-сетей — от процессоров до чипов специального назначения ASIC. Каждый способ поднимал планку конкуренции среди майнеров и значительно увеличивал сложность расчетов.

В настоящее время внимание криптосообщества сосредоточено на ASIC-чипах Bitmain и их угрозе для безопасности и стоимости криптовалют — в частности, эфира (ETH/USD) и биткоина (Bitcoin). Однако на горизонте уже маячит более серьезная угроза: квантовые компьютеры.

Учитывая, что квантовый компьютер примерно в 17 млрд раз мощнее обычного, некоторые криптовалютные проекты уже заявляют об устойчивости их систем к квантовым вычислениям (примером служит сеть Tangle IOTA).

Дел Раджан и профессор Мэтт Виссер, исследователи из Университета Виктории, Новая Зеландия, в своей работе «Квантовый блокчейн на основе запутанности во времени» (Quantum Blockchain using entanglement in time) пишут:

«Более подходящим решением станет изначально квантовый блокчейн, построенный из квантовой информации. Его конструкция будет полностью интегрирована в квантовую сеть».

Новизна их идеи по сравнению с тем, что предлагает IOTA, заключается в запутывании во времени, или, выражаясь словами авторов, «такой блокчейн можно рассматривать как квантовую сетевую машину времени».

Раджан и Виссер считают, что устойчивость любого классического блокчейна перед квантовой атакой «вызывает сомнение, учитывая огромные силы, прилагаемые к поиску новых квантовых алгоритмов, потенциально способных подорвать все усилия разработчиков криптовалют».

Квантовые проекты долгое время оставались вотчиной сверхдержав. Их противостояние в этой области даже окрестили «новой гонкой вооружений». Китайское правительство собирается потратить 10 млрд долларов на создание Национальной лаборатории квантовых информационных наук в Хэфее, и это лишь часть бюджета КНР на квантовые проекты. Ее строительство планируется завершить в 2020 году. Китай также известен своей активностью в киберпространстве — по оценкам журнала Foreign Policy, численность китайских кибервойск составляет 50?100 тыс. человек.

Европейская комиссия недавно выделила 1 млрд евро на квантовые исследования. Хотя США несколько сократили свои расходы, на исследования в этой области они тратят около 200 млн долларов.

Решение задачи, на которую у обычного суперкомпьютера уйдут десятки лет, у квантового займет несколько дней. Как в космической и ядерной гонках, первая страна, освоившая квантовые вычисления, на многие годы определит дальнейшее развитие мира и выведет государственный контроль и шпионаж на новый уровень.

Квантовые компьютеры смогут взламывать криптографические протоколы, которые применяются для защиты классических блокчейнов и служат основой безопасности современного цифрового мира.

В обычных компьютерах информация хранится в виде нулей и единиц. Квантовые компьютеры работают с квантовыми битами — кубитами. Их невозможно скопировать и они представляют собой суперпозицию нулей и единиц (то есть одновременно могут быть и нулем, и единицей, позволяя проводить вычисления параллельно).

Эффект суперпозиции можно представить как частицу, которая может сразу перемещаться в нескольких направлениях.

Фундаментальное отличие квантовой криптографии состоит в том, что кубиты, в отличие от обычных битов, невозможно скопировать. Любая попытка сохранить данные в классическом смысле разрушит суперпозицию, лежащую в основе невероятной вычислительной мощности квантового компьютера — мощности, способной подорвать криптографию классических блокчейнов путем фальсификации данных в предыдущих блоках без изменения результатов хеширования.

Раджан и Виссер полагают, что «запутанность во времени, в отличие от запутанности в пространстве, играет ключевую роль в преимуществе квантовых блокчейнов над обычными».

Преимущество, на которое они ссылаются — это устойчивость к несанкционированному доступу.

Важнейший аспект устойчивой ко взлому квантовой криптографии — квантовое распределение ключей (КРК), когда отправитель использует для шифрования сообщения криптографический ключ, закодированный в квантовый сигнал. Если кто-то попытается перехватить ключ, тот будет уничтожен.

IBM

Технологические гиганты, такие как IBM, Google и Microsoft, также активно борются за «квантовое превосходство». Однажды оно кардинально изменит бизнес-ландшафт. В прошлом ноябре IBM представила первый в мире квантовый компьютер из 50 кубитов. Хотя он может моделировать молекулы и проводить химические эксперименты, вице-президент IBM по исследованиям Джеффри Уэлсер сказал, что неизвестно, когда «квантовые компьютеры начнут использоваться для понятных всем повседневных приложений».

В марте Google торжественно представила квантовый чип Bristlecone с 72 кубитами. Глава проекта Джон Мартинис пообещал достигнуть квантового превосходства к концу года. Копируя противостояние двух сверхдержав, крупнейший ритейлер Китая Alibaba, который тоже стремится к господству в этой сфере, охладил амбиции Google, проведя собственный анализ чипа. Оказалось, что процент ошибок у него слишком высок.

До практического или коммерческого применения квантовых компьютеров по-прежнему далеко. Первая компания, совершившая прорыв, сможет сдавать в аренду или продавать свои машины другим фирмам, желающим выйти на рынок. Например, Daimler и JP Morgan могут использовать квантовые компьютеры для повышения времени автономной работы аккумуляторов и оптимизации финансовых моделей.

В настоящее время главной проблемой остается отсутствие инфраструктуры, необходимой для создания квантового блокчейна — глобальной квантовой сети, связывающей устройства волоконными линиями и спутниковыми каналами. В конечном итоге она станет основоположником квантового интернета. Хотя Раджан и Виссер признают, что до фактической реализации еще далеко, они утверждают, что «отдельные компоненты этой системы уже созданы, и их работоспособность экспериментально подтверждена».

Квантовая криптография — наиболее развитая из всех отраслей квантовой физики. Учитывая прогресс в разработке блокчейнов, в скором времени могут появиться проекты даже более амбициозные, чем «интернет вещей».

Возможно, квантовая информатика станет для блокчейна последним рубежом.

Подготовила Тая Арянова