Môže kvantová výpočtová technika zlomiť bitcoin?

Dovoľte mi začať túto časť vyhlásením o vylúčení zodpovednosti. Nemám dostatočne veľký mozog na to, aby som pochopil, čo je to kvantová výpočtová technika.

Napriek tomu som veľmi zvedavý na jeho potenciálny vplyv na Bitcoin a v dôsledku toho je to niečo, čo som nedávno vo svojom voľnom čase strávil nejakým výskumom. Viete, „pre zábavu“. Úprimne povedané, začiatkom tohto mesiaca som strávil pol dňa na letisku, takže čo som mal urobiť, aby som zabil čas?

Hľadáte rýchle správy, najaktuálnejšie tipy a analýzy trhu? Zaregistrujte sa na odber bulletinu Invezz ešte dnes.

Napadlo ma, že by som dal dohromady kúsok, ktorý sa pokúsi zhrnúť môj výskum a vysvetliť, čo je kvantové počítanie, ako aj jeho dôsledky pre bitcoiny, jednoduchým spôsobom, aby to mohli ostatní normálni ľudia ako ja – čudní vedci, ak chcete – pochop to. Tu je to, čo som našiel.

Čo je kvantové počítanie?

Kvantová výpočtová technika je rýchlo sa rozvíjajúca technológií ktorý sa opiera o kvantovú mechaniku pri riešení problémov, ktoré sú príliš pokročilé pre „normálne“ počítače. Zaoberá sa interakciou a pohybom subatomárnych častíc a vyvinul sa na miesto, ktoré si väčšina vedcov ani pred niekoľkými rokmi nedokázala predstaviť.

V podstate si predstavte supervýkonné počítače, ktoré sú schopné riešiť extrémne náročné matematické a kryptografické hádanky oveľa rýchlejšie ako klasické počítače dnes. Nápoveda.

Čo to má spoločné s Bitcoinom?

Bitcoin je založený na niečom, čo sa nazýva asymetrická kryptografia. To znamená, že funguje na princípe nazývanom „jednosmerná funkcia“. Každá bitcoinová peňaženka má dva dôležité aspekty: súkromný kľúč a verejný kľúč. Ak máte súkromný kľúč, môžete ľahko odvodiť verejný kľúč. Avšak – a to je rozhodujúca časť – to naopak neplatí, takže ak máte niečí verejný kľúč, nemôžete odvodiť jeho súkromný kľúč. Preto „jednosmerná funkcia“.

Toto dáva zmysel. Je zrejmé, že bitcoiny by boli zbytočné, ak by ste mohli vytiahnuť niečí verejný kľúč (ktorý je väčšinou k dispozícii pre všetkých online), a z toho odvodiť jeho súkromný kľúč, a tým získať prístup k jeho peňaženke. S dnešnými počítačmi to nie je možné urobiť, pretože na rozlúsknutie toho, čo je súkromný kľúč, by ste museli prejsť astronomickým množstvom výpočtov.

Vstúpte do kvantových počítačov. Predstavte si kvantový počítač ako mozog Alberta Einsteina a normálny počítač ako môj mizerný mozog. Veci, ktoré sú pre mňa úplne nerealizovateľné, sú v rámci možností pána Einsteina. A v tejto analógii môže Einstein prelomiť súkromný kľúč.

Mnohí si myslia, že je nevyhnutné, aby kvantové počítače postúpili do tohto bodu. Pri pohľade na ich pokroky v posledných rokoch by sa proti tomu stávkovalo len ťažko. Napríklad v roku 2019 Google tvrdil v článku (ktorý výskumníci netrpezlivo očakávali), že vyvinul mimoriadne pokročilý kvantový počítač. Tento počítač bol schopný vykonať výpočet za 200 sekúnd, čo by dnešnému najpokročilejšiemu klasickému počítaču, známemu ako Summit, trvalo približne 10,000 XNUMX rokov.

Pri bitcoinech, aby mohli posielať bitcoiny z jednej adresy na druhú, musí odosielateľ autorizovať, že vlastní (verejnú) adresu, na ktorej sú uložené prostriedky. Aby to mohli urobiť, musia poskytnúť digitálny podpis vo forme svojho súkromného kľúča, aby dokázali, že prostriedky na tejto adrese sú ich. S kvantovým počítačom s dostatočným výkonom by niekto, kto má váš verejný kľúč, mohol prelomiť kód, aby získal váš súkromný kľúč, a tak získal silu na falšovanie podpisu a pozametanie všetkých vašich bitcoinov. Šok a hrôza! Výkričník!

Ale počkajte – to neznamená, že bitcoinové peňaženky sa chystajú prasknúť. Aspoň nie všetky.

Prelomia kvantové počítače Bitcoin?

Bitcoinové adresy na účely, na ktoré sa tu pozeráme, možno rozdeliť do dvoch kategórií. Na začiatku to bude znieť trochu komplikovane, ale majte na pamäti – pamätajte, že ani ja nepochádzam z počítačového prostredia, takže to urobím jednoducho a spojím to všetko dohromady.

Prvá z dvoch kategórií bitcoinových adries sa nazýva „platba za verejný kľúč“ (p2pk). Bol to typ adresy OG, a preto väčšina adries z toho dňa spadá do tejto kategórie. To zahŕňa vaše bitcoiny, pán alebo pani Nakamoto – ale viac o dôsledkoch Satoshi neskôr.

Tieto adresy p2pk sú zraniteľné, pokiaľ ide o potenciálnu budúcnosť, ktorá zahŕňa kvantové počítače. Verejný kľúč je možné získať priamo z adresy peňaženky a keďže ide o blockchain, všetky adresy sú viditeľné pre každého na svete.

Napríklad, toto je genesis bitcoinová adresa Bitcoinu, prvá adresa, ktorá bola kedy vytvorená. Satoshi Nakamoto – nech ste kdekoľvek, veľký chlapík – dostal 50 bitcoinov ako odmenu za ich ťažbu 3. januára^rd 2009. 50 bitcoinov odvtedy už adresu nikdy neopustilo. A každý môže odvodiť verejný kľúč tejto adresy.

(Ach, ako zábavná poznámka nižšie, ako môžete vidieť nižšie, na tejto adrese je 68 bitcoinov, napriek tomu, že Satoshi zarobil len 50 bitcoinov za jej ťažbu. Je to preto, že ľudia počas rokov posielali bitcoiny na adresu, aby ukázali svoje ocenenie. za to, čo urobil Satoshi).

Satoshi v skutočnosti vyťažil viac ako 22,000 50 bitcoinových blokov s novou adresou vygenerovanou zakaždým, pretože chcel zostať čo najanonymnejší. S 1 bitcoinmi na každej z týchto adries (opäť sa nikto nikdy nepohol – imperátor diamantovej ruky), predpokladá sa, že asi XNUMX milión bitcoinov patrí Satoshi.

Ale každopádne späť k veci. Toto sú zjavne skoré bitcoinové adresy, a preto spadajú do kategórie p2pk. To znamená, že verejne viditeľné adresy, napríklad pôvodná adresa, ako je uvedené vyššie – 1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa – všetky majú svoje verejné kľúče, ktoré môže získať ktokoľvek na svete.

A keď príde kvantový počítač, bude schopný prelomiť súkromný kľúč týchto adries z týchto dostupných verejných kľúčov a pozametať všetky bitcoiny. Rozhodujúcim záverom z tejto časti je, že na to, aby bola bitcoinová adresa kompromitovaná kvantovým počítačom, musí mať najprv prístupný verejný kľúč.

Sú všetky adresy náchylné na prelomenie kvantovými počítačmi?

Našťastie nie všetky adresy patria do tejto kategórie. Druhou kategóriou je novší typ adresy nazývaný „pay to public key hash“ (p2pkh). Pre tieto adresy nie je možné získať verejný kľúč z adresy. Namiesto toho je verejný kľúč odhalený svetu iba vtedy, keď sa uskutoční transakcia odoslaním prostriedkov z tejto peňaženky.

To znamená, že tieto adresy sú nepreniknuteľné pre kvantové počítače kým používateľ posiela prostriedky z tejto peňaženky. Potom sú ako vyššie uvedené Satoshiho adresy p2pk – ich verejné kľúče sú viditeľné pre svet a sú zraniteľné voči kvantovým počítačom.

To je dôvod, prečo puristi podporujú opätovné použitie bitcoinových adries. Ak je niekto taký bezpečný, ako je to len možné, nemal by nikdy znova použiť rovnakú adresu – no mnohí túto radu nerešpektujú.

Koľko bitcoinových adries teda dokážu prelomiť kvantové počítače?

Aby sme zhrnuli predchádzajúcu časť, dva typy bitcoinových adries sú citlivé na kvantové výpočty. Prvým sú adresy p2pk zo starej školy, ako napríklad Satoshiho. Druhým sú opätovne použité adresy p2pkh.

Deloitte zverejnená analýzu posudzujúcu počet adries patriacich do týchto kategórií. Nižšie uvedený graf sumarizuje ich zistenia.

Ukazuje, že v prvých rokoch dominovali adresy p2pk zo starej školy. Bezpečnejšie adresy p2pkh boli online v roku 2010 a čoskoro sa stali dominantným typom adresy. Kľúčovým záverom je, že počet mincí obsiahnutých v starých p2pk adresách sa zdá byť konštantný na úrovni približne 2 miliónov bitcoinov (9.5 % z konečnej ponuky 21 miliónov bitcoinov, z ktorých viac ako polovica patrí spoločnosti Satoshi. ).

Myslím si, že z pohľadu na stagnujúce 2 milióny mincí v adresách p2pk (modrá čiara) je spravodlivé vyvodiť záver, že ich možno pripísať skorým adoptívnym baníkom, ktorí nikdy nepredali a mnohé z nich sú pravdepodobne stratené mince (opäť polovica z nich sú Satoshiho). .

Ešte zaujímavejšie sú znovu použité adresy p2pkh (fialová čiara), druhá kategória zraniteľná voči kvantovým počítačom. Po zvýšení medzi rokmi 2010 a 2014 sa odvtedy znížil a teraz je na úrovni približne 2.5 milióna mincí.

To znamená, že celkovo 4 až 4.5 milióna mincí (červená bodkovaná čiara v grafe) je zraniteľných voči kvantovým počítačom (2 milióny zo starej školy p2pk adries a 2.5 milióna z opätovne použitých p2pkh adries). To je viac ako 20 % konečnej ponuky.

Ako môžete znížiť riziko odcudzenia bitcoínov?

Existuje jeden typ adresy, ktorý je bezpečný: adresy p2pkh, ktoré nikdy neboli použité na posielanie bitcoinov inam. Na druhej strane adresa p2pkh, ktorá predtým posielala bitcoiny inam, ako aj adresy p2pk (bez ohľadu na to, či poslali bitcoiny alebo nie), sú zraniteľné.

Takže, aby ste ochránili vaše bitcoiny, musia byť odoslané na novú adresu p2pkh. Toto je hlavný argument proti hrozbe kvantových výpočtov pre Bitcoin. Veriaci hovoria, že bitcoiny sa dajú jednoducho previesť na nové adresy p2pkh, a preto sú nepreniknuteľné. Sú správne.

Má to však háčik. Ak ste stratili súkromné ​​kľúče k svojej adrese, nemôžete k týmto bitcoinom pristupovať, a preto ich nemožno presunúť. To znamená, že po uvedení kvantových počítačov online budú pre hackerov bezplatný výber.

Zatiaľ čo štúdia Deloitte hodnotila počet bitcoinových adries, ktoré by boli zraniteľné, keby sa kvantové počítače dnes pripojili k internetu (21 %), možno relevantnejšou otázkou je, koľko bitcoinov bude vždy zraniteľný voči hrozbe kvantových počítačov. Pretože nech už je toto číslo akékoľvek, je to kľúčové číslo, ktoré predstavuje systémové riziko pre bitcoinovú sieť vo všeobecnosti.

Existuje systémové riziko pre Bitcoin?

Povedzme, že Albert Einstein z 21. storočia sa zajtra zobudí a zrazu má kvantový počítač. Little Albert Junior zametá viac ako 20 % z celkovej ponuky bitcoínov. Čo bude ďalej?

Je zrejmé, že cena klesne. Po prvé, zásoba sa v podstate zvyšuje, pretože všetky stratené mince, vrátane 5%, o ktorých sa predpokladá, že patria Satoshi, sú teraz späť v obehu. Cena však klesne kvôli viac než jednoduchej úprave na strane ponuky.

Kde cena pristane, si každý môže domyslieť, ale môj je taký, že sa blíži k nule. Ako presvedčíte ľudí, že Bitcoin – navždy predávaný ako najťažšia forma peňazí, aká kedy existovala – má jeden obrovský háčik?

Argument potom znie: „OK, všetci sme si mysleli, že to boli najťažšie peniaze, aké kedy existovali, hoci technológia bola chybná a počítače sa vyvinuli do bodu, keď ich prelomili, ale teraz sľubujeme, že sú opäť bezpečné a technológia ich už nikdy nerozbije. “.

Koľko ľudí použije Bitcoin v tomto scenári? Môžete predvídať, že nejaké spoločnosti z indexu S&P 500 ho majú vo svojej súvahe? Existujú ďalšie krajiny, ktoré ho deklarujú ako zákonné platidlo? Investujú do toho nejaké dôchodkové fondy? Nie je to len 20% z ponuky, celý koncert by bol nahor. Bol by koniec.

Preto musí dôjsť k zníženiu zraniteľných bitcoínov o 20 %. Našťastie sa nepredpokladá, že Albert Einstein Jr. bude mať svoj super počítač online už zajtra.

Prečo sa všetci len nepresunú na (nepreniknuteľné) nové adresy p2pkh?

Toto je riešenie. Ale ako som povedal, existujú peňaženky obsahujúce bitcoiny, ku ktorým ich používatelia stratili súkromné ​​kľúče, alebo sú mŕtvi, alebo z rôznych iných dôvodov. Tieto bitcoiny nie je možné presunúť. Ak je napríklad Satoshi mŕtvy, jeho mince sa nepohnú, kým sa nevyvinie dostatočne výkonný kvantový počítač.

Toto viedlo experta na technológiu blockchain Andreasa Antolopoulosa k vyhláseniu nasledovného:

Budeme vedieť, kedy kvantové výpočty existujú, keď sa Satoshiho mince pohnú

Budeme vedieť, kedy kvantové výpočty existujú, keď sa Satoshiho mince pohnú

Andreas Antolopoulos

Ale nie je všetko stratené. Našťastie existuje riešenie tohto, dúfajme, hypotetického, ale v skutočnosti jedného dňa nie hypotetického problému. Týmto riešením je prísť s plánom v rámci bitcoinovej komunity, ktorý prinúti ľudí presunúť svoje bitcoiny na adresy, ktoré nie sú zraniteľné. Deloitte navrhuje, že takýto plán by mohol načrtnúť, že „po vopred definovanom období (čas, ktorý ľuďom umožní presunúť svoje bitcoiny na bezpečné adresy), by sa mince na nebezpečných adresách stali nepoužiteľnými (technicky to znamená, že ťažiari budú ignorovať transakcie prichádzajúce z týchto adries) “.

S najväčšou pravdepodobnosťou by to bol neuveriteľne chaotický a rozdeľujúci problém. Snaha o dosiahnutie konsenzu v rámci komunity by bola nočnou morou a pripomína mi to neslávne známe obdobie občianskej vojny v rámci komunity Bitcoin v roku 2017, ktorá viedla k „hard forku“ a vytvoreniu Bitcoin Cash.

Je bitcoin určite bezpečný, ak sa prenesie na „nepreniknuteľné“ adresy?

Hmm. No je tu ešte jeden problém. Po aktivácii transakcie na odoslanie prostriedkov z peňaženky sa verejný kľúč sprístupní. To potom znamená, že kvantový počítač dokáže prelomiť súkromný kľúč.

Existuje však oneskorenie medzi časom, keď je transakcia iniciovaná a potvrdením ťažiarov. Bitcoinové bloky sa ťažia každých desať minút, čo znamená, že existuje okno, kde je k dispozícii verejný kľúč, ale prostriedky ešte neboli prevedené z peňaženky.

Ak by teda útočník mohol v tomto časovom období získať súkromný kľúč z verejného kľúča a potom vykonať vlastnú transakciu, v rámci ktorej pošle tie isté bitcoiny, ktoré sa pokúšate poslať, ale na inú adresu, a zaplatí vyšší poplatok za ťažbu získať prioritu vo fronte, bitcoiny by mohli byť ukradnuté.

Ak sa teda kvantový počítač niekedy dostane do bodu, v ktorom dokáže prelomiť súkromný kľúč za menej ako desať minút – a to sa tu dostáva do čoraz mýtickejšej oblasti, mal by som varovať – potom sú všetky stávky zrušené a teoreticky každá transakcia uskutočnená na sieť môže byť hacknutá.  

Tu sa odvolám na spoločnosť Deloitte, ktorá túto otázku dobre zhrnula:

Súčasné vedecké odhady predpovedajú, že kvantový počítač bude trvať približne 8 hodín na prelomenie RSA kľúčaa niektoré špecifické výpočty predpovedajú, že bitcoinový podpis by mohol byť hacknutý v rámci 30 minút

To znamená, že Bitcoin by mal byť v princípe odolný voči kvantovým útokom (pokiaľ znova nepoužívate adresy). Keďže oblasť kvantových počítačov je stále v plienkach, nie je jasné, ako rýchlo sa takýto kvantový počítač v budúcnosti stane.

Ak sa kvantový počítač niekedy priblíži k hranici 10 minút na odvodenie súkromného kľúča zo svojho verejného kľúča, potom bude bitcoinový blockchain vo svojej podstate narušený.

Itan Barmes a Bram Bosch, Deloitte

záver

Dôkazy poukazujú na to, že Bitcoin je bezpečný na mnoho rokov.

Dôkazy tiež poukazujú na svet v budúcnosti, kde budú existovať kvantové počítače a Bitcoin bude nakoniec zraniteľný. Dokonca aj v prípade, že sa to stane, bitcoinová sieť by mohla zrušiť hrozbu vykonaním soft forku a migráciou do siete s kvantovo zabezpečenou metódou šifrovania.

Problémom v tomto prípade (nenávisť byť nositeľom ďalších zlých správ) je, že by to pravdepodobne spôsobilo vážne problémy so škálovateľnosťou, s čím už sieť zápasí.

Aby sme to uzavreli, ide o to, akým smerom sa uberá technológia – s kvantovými počítačmi aj s bitcoínmi. Technológia sa vyvíja bleskovou rýchlosťou. Príkladom je práve táto diskusia, ktorá by bola pred 20 rokmi absurdná, jednak vo vzťahu k nevyhnutnosti kvantových počítačov, ale aj vo vzťahu k existencii digitálnej meny a niečoho, čo sa nazýva „blockchain“.

Je potrebné vykonať ďalší výskum a ďalší vývoj na strane bitcoinu, aby sa zabezpečila jeho budúcnosť pred hrozbou kvantových výpočtov. Komunita prešla dlhú cestu a Bitcoin sa vyvíja, napriek tomu, čo mnohí odporcovia tvrdia, takže je to veľmi možné.

Svet, kde Bitcoin prechádza na post-kvantový kryptografický mechanizmus, nie je o nič absurdnejší ako svet, kde existujú kvantové počítače, ktoré dokážu prelomiť súkromné ​​kľúče. Musíme len dúfať, že prvý príde prvý.

Ďakujem, že ste si prečítali môj pokus o zjednodušenie tohto neuveriteľne zložitého a špekulatívneho problému, a ak máte nejaké pripomienky alebo spätnú väzbu (dokonca aj nenávistné správy!), neváhajte ma kontaktovať na Twitteri na @DanniiAshmore alebo @InvezzPortal