Pengkomputeran Kuantum Vs. Blockchain: Kesan pada Kriptografi

Titik penjualan utama blockchain dan aplikasinya adalah bahawa lejar tersebar secara kriptografi hampir “tidak dapat dipecahkan” dalam keadaan biasa, memandangkan keadaan teknologi komputasi semasa. Kesahannya, bagaimanapun, sangat bergantung pada anggapan “keadaan teknologi”. Sekiranya berlaku perubahan paradigmatik dalam pengkomputeran, sistem berasaskan blockchain kontemporari mungkin rentan terhadap ancaman yang tidak diperhitungkan dalam reka bentuknya. Tetapi betapa mendesaknya ancaman ini berlaku dalam masa terdekat?

Langkah-langkah yang telah dilakukan oleh ahli fizik selama tiga dekad terakhir untuk membangun komputer kuantum operasi tidak lama lagi dapat menyumbang kepada perubahan tersebut. Sebagai tonggak yang disebut “ketuanan kuantum,” di mana komputer kuantum mengungguli komputer tradisional pada tugas tertentu, dapat dicapai bila-bila masa sekarang, persoalan sama ada calon peranti berasaskan kuantum mampu “membunuh” blockchain menjadi tumpuan.

Primer pengkomputeran kuantum

Komputer kuantum adalah sebarang alat yang menggunakan prinsip mekanik kuantum untuk melakukan pengiraan. Untuk menyimpan dan memanipulasi maklumat, komputer biasa menggunakan unit binari yang disebut bit, yang dapat mewakili salah satu dari dua keadaan yang mungkin: 0 atau 1. Mesin kuantum bergantung pada bit kuantum (atau qubit), yang dapat berupa 0 dan 1 pada masa yang sama . Fenomena ini, dipanggil superposisi, membolehkan peranti tersebut melakukan tugas-tugas tertentu dengan lebih pantas daripada rakan berdasarkan bitnya.

Istilah asas lain dalam teori kuantum adalah ikatan. Apabila dua zarah terjerat, mereka wujud dalam keadaan kuantum yang sama, dan berubah dalam keadaan jika seseorang mendorong rakannya berubah sesuai, tidak kira seberapa jauh keduanya berada dalam ruang fizikal. Berpasangan qubits dengan cara ini menyebabkan pertumbuhan eksponensial dalam kekuatan komputasi komputer kuantum.

Keadaan superposisi, yang diperlukan untuk melakukan pengiraan, sukar dicapai dan sangat sukar dijaga. Ahli fizik menggunakan sinar laser dan gelombang mikro untuk meletakkan qubit dalam keadaan kerja ini dan kemudian menggunakan pelbagai teknik untuk menjaganya dari turun naik suhu, suara dan gelombang elektromagnetik. Komputer kuantum semasa sangat rawan kesalahan kerana kerapuhan keadaan kerja, yang hilang dalam proses yang disebut decoherence sebelum kebanyakan operasi dapat dijalankan.

Kuasa pengiraan kuantum ditentukan oleh berapa banyak mesin yang dapat memanfaatkan mesin secara serentak. Bermula dengan dua qubit yang rendah yang dicapai dalam eksperimen pertama pada akhir 1990-an, komputer kuantum yang paling kuat hari ini, yang dikendalikan oleh Google, dapat menggunakan hingga 72 qubit.

Komputer kuantum dan blockchain

Mengakui semua konvensional tempahan, idea kebolehubahan dan keselamatan yang tidak dapat ditandingi diterima secara meluas: Ini mendasari kepercayaan masyarakat terhadap aset digital dan mendorong penggunaan secara besar-besaran. Walau bagaimanapun, kedatangan pengkomputeran kuantum berpotensi menjejaskan integriti kriptografi kunci awam, yang merupakan tulang belakang keselamatan blockchain.

Walaupun rangkaian aplikasi berpotensi komputer kuantum sangat luas, yang paling relevan dalam konteks teknologi blockchain dan kriptografi pada umumnya adalah keupayaan untuk menjalankan algoritma tertentu jauh lebih pantas daripada komputer super yang ada. Salah satu kes penggunaan yang dianggap paling banyak dibincangkan adalah yang terkenal Algoritma Shor untuk penguraian faktor, yang berpotensi menjadikan teknik enkripsi kontemporari menjadi usang.

Sebagai sekumpulan penyelidik dari Pusat Kuantum Rusia diperhatikan dalam sebuah artikel untuk jurnal Nature, satu risiko yang berpotensi berpunca dari fakta bahawa keselamatan blockchain sangat bergantung pada fungsi matematik sehala – yang mudah dijalankan, tetapi jauh lebih sukar untuk dikira secara terbalik. Fungsi tersebut digunakan untuk menghasilkan tandatangan digital dan mengesahkan transaksi pada lejar.

Seorang penjenayah yang dilengkapi dengan alat kuantum berfungsi dapat melakukan pengiraan terbalik dengan lebih cepat, yang memungkinkan mereka memalsukan tandatangan, menyamar sebagai pengguna lain dan mendapatkan akses ke aset digital mereka. Dalam konteks perlombongan, pelaku jahat seperti ini dapat mengambil alih proses mengemas kini lejar, memanipulasi sejarah transaksi dan duit syiling berbelanja dua kali.

Para penyelidik Rusia mencadangkan agar arkitek sistem yang disulitkan harus segera mengambil langkah berjaga-jaga terhadap ancaman ini. Salah satu penyelesaiannya ialah menggantikan tandatangan digital konvensional dengan kriptografi tahan kuantum – jenis algoritma keselamatan yang direka khusus untuk menahan serangan dari komputer kuantum yang cukup kuat. Ubat lain, ahli fizik Rusia yang dicadangkan, hanya akan tersedia dengan adanya internet kuantum, yang masih beberapa dekad lagi. Senibina komunikasi tanpa wayar prospektif ini, berdasarkan hubungan antara zarah kuantum yang terjerat jauh, akan membuka banyak model dan reka bentuk blockchain baru.

Ini agak sesuai dengan idea yang melingkupi pemikiran yang diluahkan oleh Del Rajan dan Matt Visser dari Universiti Victoria di New Zealand baru-baru ini kertas penyelidikan. Mereka mencadangkan untuk melupakan penggunaan kriptografi kuantum dan melonjak langsung untuk menjadikan blockchain sebagai sistem berasaskan kuantum itu sendiri. Model mereka menerangkan blockchain berdasarkan qubit yang tidak hanya terjerat di ruang angkasa, tetapi juga pada waktu. Percubaan untuk mengubah catatan urus niaga secara retrospektif, yang dikodkan oleh sejarah keadaan zarah tunggal dari masa ke masa, adalah mustahil tanpa menghancurkan zarah itu sama sekali. Walau bagaimanapun, realisasi model ini tidak mungkin dilakukan sehinggalah internet kuantum beroperasi dan berjalan.

Pengamal menimbang

Walaupun penyelesaian futuristik yang diusulkan oleh ahli akademik mungkin beberapa dekad lagi, banyak penyelidikan dan pengembangan langsung dalam pengkomputeran kuantum dan kriptografi kuantum sedang berlaku sekarang. Pakar-pakar yang bekerja dengan aplikasi pengkomputeran kuantum yang disurvei oleh Cointelegraph berbeza dalam pandangan mereka tentang seberapa segera ancaman kuantum. Yaniv Altshuler, seorang penyelidik dan CEO MIT dan pengasas bersama platform analitik ramalan Endor Protocol, berkata:

“Komputer kuantum menjadi sangat kuat, dan mereka maju lebih cepat daripada yang diharapkan oleh kebanyakan orang. Walau bagaimanapun, kemampuan mereka tidak akan mematahkan blockchain. Setiap tahun, apabila perkakasan baru dilepaskan, ia menghidupkan kembali kebimbangan mengenai integriti blockchain, tetapi tidak ada bukti bahawa pengkomputeran kuantum dapat membahayakan blockchain. “

Stewart Allen, ketua pegawai operasi di firma pengkomputeran kuantum, IonQ, percaya bahawa, pada saat komputer kuantum tumbuh menjadi cukup kuat untuk mengancam integriti blockchain masa kini, sistem keselamatan akan berpindah ke algoritma yang mampu memuatnya:

“Tidak ada ancaman nyata komputer kuantum yang melanggar kriptografi blockchain dalam jangka pendek. Sekiranya dan ketika ini berlaku, kriptografi akan beralih ke algoritma kalis kuantum. Kami sekurang-kurangnya satu dekad dari komputer kuantum yang dapat memecahkan kriptografi blockchain. “

Namun, yang lain tidak begitu setuju dengan pandangan optimis ini.

Pengurus eksekutif ILCoin, Norbert Goffa, menyatakan kebimbangannya terhadap kemungkinan munculnya kumpulan perlombongan berkuasa kuantum:

“Sekiranya seseorang mempunyai kumpulan perlombongan berdasarkan kuantum, mudah untuk menguasai orang lain. […] Hari ini kita tidak mempunyai mesin perlombongan berasaskan kuantum. Sebaliknya, banyak syarikat telah mengusahakan teknologi pengkomputeran berasaskan kuantum. Kami percaya bahawa dalam lima tahun akan datang ia boleh menjadi nyata. Mungkin kurang, siapa yang tahu? “

Rakesh Ramachandran, Ketua Pegawai Eksekutif dan pengasas bersama QBRICS Inc, menekankan bahawa pengkomputeran kuantum bersedia memberi kesan dalam hampir setiap bidang di mana kriptografi digunakan. Dalam kes teknologi blockchain, katanya, kita mungkin mengharapkan peralihan sistemik:

“Komputer kuantum akan mentakrifkan semula kriptografi bukan sahaja blockchain tetapi di mana sahaja terdapat aplikasi kriptografi termasuk perkara mudah seperti laman web perbankan dalam talian. Terdapat banyak penyelidikan dan kerja yang dilakukan untuk mengurangkan kesan dan beralih ke kriptografi tahan kuantum atau kriptografi pasca-kuantum.

“Namun, cabaran blockchain bukan hanya mengenai ancaman yang ditunjukkan oleh pengkomputeran kuantum tetapi ruang lingkup bagaimana blockchain akan bermigrasi ke kriptografi versi baru.”

Semua pakar memberikan anggaran yang sangat mengejutkan mengenai berapa banyak masa yang kita miliki sebelum komputer kuantum dapat menimbulkan ancaman terhadap integriti blockchain, yang bervariasi dalam jangka masa antara lima hingga 10 tahun. Mereka juga cukup konsisten dalam resipi mereka untuk menghadapi serangan berpotensi kuantum: Sebilangan besar setuju bahawa peralihan secara beransur-ansur ke kriptografi tahan kuantum diperlukan, dan juga membangun infrastruktur yang akan mendukungnya. Blockchains harus berkembang, tetapi tidak mungkin teknologi pengkomputeran kuantum pada asasnya mengancam keberadaan mereka.