Kwestia Kwantowa: Kwant nie zagraża Twojemu Bitcoinowi

Od momentu powstania Bitcoina, nowe formy FUD (strach, niepewność i wątpliwości) były używane do przewidywania jego upadku. Mimo to, Bitcoin stał się aktywem wartym wiele bilionów dolarów i zaczął zajmować swoje miejsce w globalnym porządku monetarnym. W ostatnich miesiącach powrócił widmo kryptograficznie istotnego komputera kwantowego (CRQC), który umożliwia atakującemu odtworzenie kluczy tajnych z kluczy publicznych i podpisywanie transakcji Bitcoin, przenosząc cudze monety, jako ewoluowana forma FUD. Czy to realistyczne zagrożenie dla dalszego wzrostu Bitcoina? W jednym słowie, nie. Nie ma dowodów na to, że CRQC zostanie zbudowany w ciągu dekady, a nie wiadomo, czy taka maszyna kiedykolwiek powstanie. Zagrożenie kwantowe pozostaje FUD.

Stan Techniki

Do tej pory żaden komputer kwantowy nie obliczył niczego, co byłoby poza zasięgiem bystrego 6-latka (potwierdzone empirycznie). Komputery kwantowe to niezwykła technologia, która pokazuje naprawdę godne science fiction możliwości nowoczesnego świata. Te urządzenia wykorzystują podstawowe technologie, takie jak optyczne chwytaki, chłodzenie laserowe, nadprzewodzące kubity flux, pułapki elektromagnetyczne, chłodziarki rozcieńczające i wiele innych. W tych urządzeniach poszczególne kubity są zmuszane do zajmowania określonych stanów subatomowych (różnych dla każdej technologii kandydującej), splątane w superpozycje, manipulowane w celu reprezentowania obliczeń, a następnie ich właściwości subatomowe są odczytywane i interpretowane. Oszałamiająca prawda jest taka, że te urządzenia istnieją i mogą być manipulowane w celu uzyskania znaczących obliczeń na podstawie kilku wejść. Zimna rzeczywistość jest taka, że (na przykład dla technologii kandydującej) wykonanie obliczenia, które małe dziecko potrafi zrobić, wymaga wystarczającej mocy, aby schłodzić szkołę średnią w Teksasie, wielu godzin przygotowań oraz kolejnych godzin przetwarzania.

Czytanie Przyszłości

Wiem, co myślisz: "ale tyle pieniędzy wpływa w obszar komputerów kwantowych". Czy przepływ pieniędzy do danej dziedziny koreluje z tempem postępu technologicznego w tej dziedzinie? Niekoniecznie. W rzeczywistości można argumentować, że dopóki nie zostanie opracowana odpowiednia technologia podstawowa i potwierdzona zgodność produktu z rynkiem, przepływ pieniędzy do danej dziedziny ma negatywną korelację z prawdopodobieństwem opracowania technologii stosownej. Można to wyraźnie zobaczyć, porównując program promu kosmicznego NASA z Falconem 9 SpaceX. SpaceX wzięło (głównie) znaną naukę i zredukowało ją do praktyki, aby zaspokoić wykazywaną potrzebę rynku na niezawodny i tańszy dostęp do przestrzeni kosmicznej, przy kosztach programu poniżej 5 miliardów dolarów na pierwszą misję załogową. Prom kosmiczny kosztował około 50 miliardów dolarów, aby osiągnąć swoją pierwszą misję załogową. Falcon 9 kosztował nie tylko rząd wielkości mniej do opracowania, ale ma również doskonały rekord bezpieczeństwa załogi do tej pory. Istnieje wiele powodów tych różnic, ale pokazuje to, że żadna ilość pieniędzy nie czyni technologii, która nie jest gotowa, praktyczną. Przekładając to na komputery kwantowe: widzimy, że przy ogromnych nakładach finansowych możliwe są demonstracje technologii przy ogromnych kosztach. Ale to nic nie mówi nam o tym, czy więcej pieniędzy przyniesie nam święty graal stabilnych, niskobłędnych kubitów (jak niezawodność Falcona 9). Żadna ilość dalszego rozwoju programu promu kosmicznego nigdy nie wyprodukowałaby niskich kosztów i wysokiej niezawodności Falcona 9, a całkowicie prawdopodobne jest, że żadna ilość dalszego rozwoju, za jakąkolwiek cenę, nigdy nie uczyni żadnej z obecnych technologii komputerów kwantowych wystarczająco niezawodną, aby złamać pojedynczą parę kluczy.

Teraz możesz myśleć: "ale co z wszystkimi ostatnimi osiągnięciami?" Istnieją dwie ważne rzeczy, które należy mieć na uwadze w kontekście niedawno opublikowanych osiągnięć. Po pierwsze, wiele z tych osiągnięć dotyczy jedynie czystej matematyki. Na przykład, niedawny artykuł Google miał tak ważny wynik, że zdecydowali się zredagować teoretyczny obwód kwantowy, aby nie ryzykować jego użycia do złamania ważnych systemów kryptograficznych. Może to wydawać się ogromnym postępem w kierunku przyszłości CRQC, ale w rzeczywistości nic nie zmieniło. Dopóki (lub do momentu, gdy) sprzęt kwantowy nie osiągnie swojego momentu Falcon 9, po prostu nie ma urządzenia, które zbliżałoby się do stabilności i skali potrzebnej do uruchomienia zredagowanego obwodu. To czysta teatr, aby ukryć obwód zaprojektowany dla urządzenia, które może nigdy nie istnieć. Po drugie, po stronie sprzętowej widzimy wiele nowych wyników i postępów publikowanych w danym roku, ale ile z nich odnosi się do tej samej technologii kandydującej w obliczeniach kwantowych? Ile z nich to jedynie nowe początki po tym, jak wcześniejszy wynik zakończył się ślepym zaułkiem? Rzeczywistość jest taka, że te osiągnięcia nie reprezentują jakiejś liniowej ścieżki do ostatecznego sukcesu. Reprezentują one przeszukiwanie przestrzeni nieskończonych możliwości, w której badacze kwantowi mają nadzieję znaleźć ścieżkę, którą mogą podążać na nawet umiarkowaną odległość, nie osiągając kolejnego ślepego zaułka.

Kiedy patrzymy na rzeczywistość przyszłości obliczeń kwantowych, jest ona co najmniej niejasna. Istnieją obiecujące rozwój technologiczny. Szczególnie, moim zdaniem, w obszarze urządzeń z neutralnymi atomami. Ale jest zdecydowanie za wcześnie, aby stwierdzić, czy istnieje otwarta ścieżka do ostatecznego CRQC w ramach jakiejkolwiek z obecnie znanych gałęzi, czy też czekają nas kolejne restarty. Jeśli w pewnym momencie zobaczymy wiele iteracji tej samej technologii kandydującej, implementujących coraz bardziej zdolne urządzenia i obliczających znaczące wyniki, które nawet bystry dzieciak nie potrafiłby obliczyć, możemy ponownie rozważyć tę dyskusję z innymi dowodami.

W teorii

Istnieją dwa możliwe wyjaśnienia dla powtarzających się niepowodzeń badań kwantowych w rozwijaniu CRQC przez wiele dziesięcioleci. Możliwe, że to po prostu trudny problem i nadal stosujemy naukę i inżynierię, aby go rozwiązać, a pewnego dnia pomysłowość gatunku ludzkiego zwycięży, tak jak miało to miejsce w rozwoju Internetu, smartfonów, mediów społecznościowych i Bitcoina (pozostawiam to czytelnikowi do oceny, które z tych osiągnięć są pozytywne). Z drugiej strony, może się okazać, że rozwój CRQC jest albo niemożliwy, albo na zawsze pozostanie poza naszym zasięgiem. Rozważ, co by oznaczało istnienie CRQC: maszyna musiałaby reprezentować w swojej superpozycji pole możliwości tej samej wielkości, co złożoność problemu kryptograficznego do rozwiązania. Tzn. aby złamać 128-bitowe zabezpieczenie krzywej eliptycznej logarytmu dyskretnego na krzywej secp256k1 Bitcoina, superpozycja kwantowa musiałaby reprezentować wszystkie możliwe wartości 128-bitowej liczby. W obliczeniach klasycznych reprezentowanie wszystkich takich wartości wymagałoby więcej pamięci komputerowej (o wiele rzędów wielkości) niż ludzkość kiedykolwiek wyprodukowała. Jeśli istnieje nawet najmniejsza granularność w superpozycji kwantowej (tzn. superpozycja kwantowa nie jest doskonale ciągła wzdłuż wszystkich możliwych wartości), to komputer kwantowy nigdy nie może stać się kryptograficznie istotny. Jeśli energia potrzebna do utrzymania superpozycji rośnie wraz ze złożonością reprezentowanego pola, to komputer kwantowy nigdy nie może być kryptograficznie istotny. Współczesne zrozumienie fizyki kwantowej nie wyklucza żadnej z tych możliwości.

Wnioski: Bitcoin nie może odpoczywać

Mimo wszystko, rozwój Bitcoina w kierunku nowych algorytmów kryptograficznych musi być kontynuowany. Chociaż atak kwantowy na kryptografię Bitcoina nie jest w żaden sposób nieuchronny, całkowicie możliwe jest, że inna wada może zostać odkryta w inny sposób. Wiemy, że niektóre krzywe eliptyczne okazały się mieć słabości, a secp256k1 może być następny. Bitcoin przetrwał tak długo, ponieważ ataki na system go wzmocniły i to nadal będzie prawdą, gdy atak FUD związany z kwantami będzie się rozwijał. Rozwój P2MR lub P2TRv2, SHRINCS, SPHINCS, IBC, ML-DSA i innych schematów podpisów postkwantowych ostatecznie doprowadzi do poprawy odporności Bitcoina na przyszłe ataki, nawet jeśli rzeczywisty CRQC nigdy nie zostanie opracowany.

Ten artykuł jest prezentowany w najnowszym wydaniu drukowanym Bitcoin Magazine, Kwestia kwantowa. Dzielimy się nim tutaj jako wczesnym spojrzeniem na pomysły badane w całym pełnym wydaniu.