Quantum Computing vs. Blockchain: impatto sulla crittografia

Il principale punto di forza della blockchain e delle sue applicazioni è che i registri distribuiti protetti crittograficamente sono virtualmente “indistruttibili” in circostanze normali, dato lo stato attuale della tecnologia computazionale. La sua validità, tuttavia, dipende fortemente dal presupposto dello “stato della tecnologia”. Se si verifica un cambiamento paradigmatico nell’informatica, i sistemi contemporanei basati su blockchain potrebbero diventare vulnerabili a minacce non prese in considerazione nella loro progettazione. Ma quanto è urgente la minaccia che ciò accada presto?

I progressi compiuti dai fisici negli ultimi tre decenni verso la costruzione di un computer quantistico operativo potrebbero presto contribuire a tale cambiamento. Come la pietra miliare chiamata “supremazia quantistica”, in cui un computer quantistico supera un computer tradizionale su un compito specifico, potrebbe essere raggiunto qualunque giorno da oggi, la questione se i potenziali dispositivi basati su quantum siano in grado di “uccidere” blockchain viene sotto i riflettori.

Un manuale sull’informatica quantistica

Un computer quantistico è qualsiasi dispositivo che utilizza i principi della meccanica quantistica per eseguire calcoli. Per memorizzare e manipolare le informazioni, i normali computer utilizzano unità binarie chiamate bit, che possono rappresentare uno dei due possibili stati: 0 o 1. Le macchine quantistiche si basano su bit quantistici (o qubit), che possono essere sia 0 sia 1 contemporaneamente . Questo fenomeno, chiamato sovrapposizione, consente a tali dispositivi di eseguire determinate attività molto più velocemente rispetto alle controparti basate su bit.

Un altro termine fondamentale nella teoria quantistica è entanglement. Quando due particelle sono intrappolate, esistono nello stesso stato quantistico e cambiano nello stato se si spinge il suo pari a cambiare di conseguenza, non importa quanto siano distanti le due nello spazio fisico. L’accoppiamento dei qubit in questo modo porta alla crescita esponenziale della potenza di calcolo del computer quantistico.

Lo stato di sovrapposizione, necessario per eseguire i calcoli, è difficile da raggiungere ed enormemente difficile da mantenere. I fisici utilizzano raggi laser e microonde per mettere i qubit in questo stato di funzionamento e quindi impiegano una serie di tecniche per preservarli dalle più piccole fluttuazioni di temperatura, rumori e onde elettromagnetiche. Gli attuali computer quantistici sono estremamente soggetti a errori a causa della fragilità della condizione di lavoro, che si dissipa in un processo chiamato decoerenza prima che la maggior parte delle operazioni possa essere eseguita.

La potenza di calcolo quantistica è determinata dal numero di qubit che una macchina può sfruttare contemporaneamente. Partendo da un modesto due qubit ottenuto nei primi esperimenti alla fine degli anni ’90, il computer quantistico più potente oggi, gestito da Google, può utilizzare fino a 72 qubit.

Computer quantistici e blockchain

Riconoscendo tutto il convenzionale prenotazioni, l’idea dell’immutabilità e della sicurezza senza pari delle blockchain è ampiamente accettata: è alla base della fiducia del pubblico nelle risorse digitali e promuove l’adozione di massa. Tuttavia, l’avvento dell’informatica quantistica potrebbe potenzialmente mettere a repentaglio l’integrità della crittografia a chiave pubblica, che è la spina dorsale della sicurezza blockchain.

Mentre la gamma di potenziali applicazioni dei computer quantistici è vasta, quella più rilevante nel contesto della tecnologia blockchain e della crittografia più in generale è la capacità di eseguire algoritmi specifici molto più velocemente di qualsiasi supercomputer esistente. Uno dei casi d’uso presunti più discussi è l’esecuzione del famoso L’algoritmo di Shor per la scomposizione dei fattori, che potrebbe potenzialmente rendere obsolete molte tecniche di crittografia contemporanee.

Come un gruppo di ricercatori del Russian Quantum Center ha osservato in un articolo per la rivista Nature, un potenziale rischio deriva dal fatto che la sicurezza della blockchain si basa fortemente su funzioni matematiche unidirezionali, quelle che sono facili da eseguire, ma molto più difficili da calcolare al contrario. Tali funzioni vengono utilizzate sia per generare firme digitali che per convalidare le transazioni sul libro mastro.

Un criminale dotato di un dispositivo quantistico funzionale sarebbe in grado di eseguire calcoli inversi immensamente più velocemente, il che consentirebbe loro di falsificare firme, impersonare altri utenti e ottenere l’accesso alle proprie risorse digitali. Nel contesto del mining, un tale attore malintenzionato potrebbe subentrare nel processo di aggiornamento del libro mastro, manipolare la cronologia delle transazioni e fare una doppia spesa.

I ricercatori russi hanno suggerito che gli architetti dei sistemi crittografati dovrebbero iniziare a prendere immediatamente precauzioni contro questa minaccia. Una soluzione potrebbe essere la sostituzione delle firme digitali convenzionali con la crittografia quantistica resistente, il tipo di algoritmi di sicurezza specificamente progettati per resistere a un attacco da un computer quantistico sufficientemente potente. Un altro rimedio, proposto dai fisici russi, sarà disponibile solo con l’avvento di un Internet quantistico, che è ancora lontano diversi decenni. Questa potenziale architettura di comunicazione wireless, basata sulla connessione tra particelle quantistiche entangled remote, sbloccherà una vasta gamma di nuovi modelli e design blockchain.

Ciò è in qualche modo in sintonia con l’idea sconvolgente che Del Rajan e Matt Visser della Victoria University in Nuova Zelanda hanno espresso in un recente documento di ricerca. Hanno proposto di rinunciare all’uso della crittografia quantistica e di passare direttamente a fare della blockchain un sistema basato sui quantistici. Il loro modello descrive una blockchain basata su qubit intrappolati non solo nello spazio, ma anche nel tempo. Il tentativo di alterare retrospettivamente la registrazione delle transazioni, codificata dalla storia degli stati di una singola particella nel tempo, sarebbe impossibile senza distruggere del tutto la particella. La realizzazione di questo modello, tuttavia, sarebbe impossibile finché un Internet quantistico non fosse attivo e funzionante.

I praticanti intervengono

Mentre le soluzioni futuristiche che gli accademici propongono potrebbero essere lontane decenni, in questo momento sta avvenendo molta ricerca e sviluppo sul campo dell’informatica quantistica e della crittografia quantistica. Gli esperti che lavorano con le applicazioni di calcolo quantistico intervistati da Cointelegraph differivano nelle loro opinioni su quanto sia immediata la minaccia quantistica. Yaniv Altshuler, ricercatore del MIT e CEO e co-fondatore della piattaforma di analisi predittiva Endor Protocol, ha dichiarato:

“I computer quantistici stanno diventando incredibilmente potenti e stanno avanzando più velocemente di quanto la maggior parte delle persone si aspettasse. Tuttavia, le loro capacità non interromperanno la blockchain. Ogni anno, quando viene rilasciato un nuovo hardware, riaccende le preoccupazioni sull’integrità della blockchain, ma non ci sono prove che l’informatica quantistica possa compromettere la blockchain “.

Stewart Allen, direttore operativo della società di informatica quantistica IonQ, ritiene che, nel momento in cui un computer quantistico diventerà sufficientemente potente da mettere in pericolo l’integrità delle blockchain odierne, i sistemi di sicurezza saranno passati ad algoritmi in grado di contenerli:

“Non esiste una reale minaccia che i computer quantistici violino la crittografia blockchain a breve termine. Se e quando ciò accadrà, la crittografia si sarà spostata su algoritmi più a prova di quantum. Siamo ad almeno un decennio da quando i computer quantistici sono in grado di rompere la crittografia blockchain “.

Altri, tuttavia, non condividevano del tutto questa visione ottimistica.

Il manager esecutivo di ILCoin, Norbert Goffa, ha espresso la sua preoccupazione per la potenziale comparsa di pool minerari quantistici:

“Se qualcuno ha un mining pool quantistico, è facile dominare gli altri. […] Oggi non abbiamo macchine minerarie quantistiche. D’altra parte, molte aziende hanno lavorato sulla tecnologia informatica basata su quantum. Crediamo che nei prossimi cinque anni potrebbe essere reale. Forse meno, chi lo sa? “

Rakesh Ramachandran, CEO e co-fondatore di QBRICS Inc, ha sottolineato che il calcolo quantistico è pronto per avere un effetto praticamente in ogni sfera in cui viene utilizzata la crittografia. Nel caso della tecnologia blockchain, ha detto, potremmo aspettarci un cambiamento sistemico:

“I computer quantistici ridefiniranno la crittografia non solo della blockchain, ma ovunque ci sia un’applicazione di crittografia che includa cose semplici come un sito web di banking online. Sono in corso ricerche e lavori considerevoli per mitigare gli effetti e passare alla crittografia resistente ai quantum o alla crittografia post-quantistica.

“Tuttavia, la sfida della blockchain non riguarda solo la minaccia rappresentata dal quantum computing, ma l’ambito di come la blockchain migrerà alla nuova versione della crittografia”.

Tutti gli esperti hanno fornito stime sorprendentemente simili di quanto tempo abbiamo prima che i computer quantistici possano rappresentare una minaccia per l’integrità delle blockchain, variando in un intervallo da cinque a 10 anni. Erano anche abbastanza coerenti nelle loro ricette per affrontare potenziali attacchi quantistici: la maggior parte concorda sul fatto che sarà necessario un passaggio graduale alla crittografia resistente ai quantum, così come la costruzione di infrastrutture che la supporteranno. Le blockchain dovranno evolversi, ma è improbabile che la tecnologia del calcolo quantistico minacci fondamentalmente la loro esistenza.