Nadejście obliczeń kwantowych od dawna było tematem zarówno ekscytacji, jak i obaw w społecznościach zajmujących się cyberbezpieczeństwem i kryptowalutami. Chociaż ich potencjał do zrewolucjonizowania obliczeń jest ogromny, rośnie obawa o ich zdolność do naruszenia istniejących standardów kryptograficznych. Najnowsze badania Google sugerują, że ramy czasowe, w których komputery kwantowe mogą stanowić poważne zagrożenie dla szeroko stosowanego szyfrowania, w tym tego, które stanowi podstawę Bitcoina, mogą być znacznie krótsze niż wcześniej przewidywano, wymagając znacznie mniej zasobów obliczeniowych niż początkowe szacunki.
Przyspieszenie Zdolności Kwantowych
Naukowcy z Google poczynili postępy w demonstrowaniu, o ile bardziej wydajne mogłyby stać się komputery kwantowe w rozwiązywaniu złożonych problemów kryptograficznych. Wcześniej szacowano, że rozkład liczby całkowitej RSA o długości 2048 bitów, co jest powszechnym standardem zabezpieczania komunikacji cyfrowej i zasobów, wymaga milionów kubitów przez kilka godzin. Jednak Craig Gidney, naukowiec badawczy w dziedzinie kwantów w Google, znacząco zrewidował tę prognozę. Jego zaktualizowana analiza wskazuje, że komputer kwantowy wyposażony w mniej niż milion „hałaśliwych” kubitów mógłby dokonać tego wyczynu w mniej niż tydzień. Stanowi to niezwykłą 20-krotną redukcję w wymaganej liczbie kubitów w porównaniu z wcześniejszymi przewidywaniami.
Ten skok wydajności nie jest jedynie teoretyczny. W grudniu 2024 roku Google zaprezentowało nowy chip do obliczeń kwantowych o nazwie Willow, twierdząc, że ma potencjał do złamania zabezpieczeń Bitcoina w ciągu zaledwie dwóch dni. Firma utrzymywała, że Willow mógłby rozwiązywać problemy w pięć minut, co tradycyjnym superkomputerom zajęłoby septyliony lat. Takie oświadczenia doprowadziły do znacznych spekulacji wśród krytyków, że moc obliczeniowa Willow mogłaby szybko przytłoczyć współczynnik hashowania Bitcoina, potencjalnie prowadząc do przepisania jego blockchaina, a nawet do naruszenia wczesnych portfeli Bitcoin.
Innowacje Napędzające Przełom
Google przypisuje te przyspieszone możliwości postępom w dwóch kluczowych obszarach: ulepszonym algorytmom i inteligentniejszej korekcji błędów. Na froncie algorytmicznym, badacze odkryli metody wykonywania potęgowań modularnych — zadania intensywnego obliczeniowo, kluczowego dla wielu procesów szyfrowania — dwa razy szybciej. Ta optymalizacja znacząco zmniejsza obciążenie obliczeniowe.
Równie kluczowe są innowacje w korekcji błędów. Zespół Google zdołał potroić gęstość logicznych kubitów w tej samej przestrzeni fizycznej poprzez zintegrowanie dodatkowej warstwy korekcji błędów. Pozwala to na bardziej efektywne operacje kwantowe przy użyciu istniejącego sprzętu. Ponadto, zastosowali technikę znaną jako „hodowla stanów magicznych”, która zwiększa siłę i niezawodność specyficznych składników kwantowych zwanych stanami T. Technika ta umożliwia komputerom kwantowym wykonywanie złożonych zadań bardziej efektywnie, oszczędzając zasoby i minimalizując fizyczne miejsce pracy wymagane dla podstawowych operacji kwantowych.
Konsekwencje dla Bezpieczeństwa Kryptowalut
Bezpieczeństwo Bitcoina opiera się na kryptografii krzywych eliptycznych (ECC), która działa na zasadach matematycznych analogicznych do tych w RSA. Jeśli komputery kwantowe mogą złamać szyfrowanie RSA znacznie szybciej niż wcześniej sądzono, logicznie wynika z tego, że ramy czasowe bezpieczeństwa dla systemów opartych na ECC, w tym Bitcoina, również drastycznie się skracają. To podkreśla pilność dla społeczności kryptowalut do rozważenia postkwantowych rozwiązań kryptograficznych.
Reakcja Branży i Proaktywne Działania
Potencjalne zagrożenie stwarzane przez obliczenia kwantowe nie pozostaje niezauważone. Kolektyw badawczy obliczeń kwantowych, Project 11, ogłosił nawet nagrodę dla każdego, kto jest w stanie złamać uproszczoną wersję kryptografii Bitcoina przy użyciu komputera kwantowego. Chociaż ich obecne testy obejmują znacznie mniejsze klucze (od 1 do 25 bitów w porównaniu do 256-bitowego szyfrowania Bitcoina), inicjatywa ma na celu ocenę rzeczywistej natychmiastowości zagrożenia kwantowego.
Samo Google już rozpoczęło wdrażanie proaktywnych działań, szyfrując swój wewnętrzny ruch i dane przesyłane przez Chrome za pomocą postkwantowych standardów kryptograficznych, takich jak ML-KEM, gdy tylko stały się dostępne. Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST) wcześniej opublikował własne standardy kryptografii postkwantowej, zalecając stopniowe wycofywanie wrażliwych systemów po 2030 roku. Jednakże najnowsze badania Google sugerują, że ten harmonogram może wymagać znacznego przyspieszenia, biorąc pod uwagę szybki postęp w możliwościach kwantowych.
Inni główni gracze w sektorach technologicznym i badawczym również idą naprzód. IBM, we współpracy z Uniwersytetem Tokijskim i Uniwersytetem Chicagowskim, planuje opracować komputer kwantowy o 100 000 kubitów do 2030 roku. Podobnie, Quantinuum dąży do dostarczenia „w pełni odpornego” komputera kwantowego do 2029 roku. Te wydarzenia podkreślają wspólne zrozumienie, że choć bezpośrednie zagrożenie może nie być jeszcze obecne, trajektoria obliczeń kwantowych wymaga poważnego rozważenia i proaktywnej adaptacji dla przyszłości bezpieczeństwa cyfrowego.
Linki:
- https://twitter.com/japi999/status/1794711656828854619
- https://twitter.com/qdayclock/status/1780182607593175376
Mateusz jest programistą blockchain, który swoją przygodę z kryptowalutami rozpoczął w czasach, gdy mało kto wiedział, czym jest Bitcoin. Od tamtej pory uczestniczył w wielu innowacyjnych projektach, pomagając w rozwoju zdecentralizowanych aplikacji. Mówi się, że kiedy na horyzoncie widać „zieloną świecę”, Mateusz rzuca wszystko i biegnie do komputera, bo „przecież samo się nie zahodluje”!