Квантова проблема: Квант не прийде за вашим Bitcoin

Протягом усього існування Bitcoin нові форми FUD (страх, невизначеність і сумнів) використовувалися для прогнозування його загибелі. Незважаючи на це, Bitcoin виріс у багатомільярдний актив і почав займати своє місце в глобальному монетарному порядку. В останні місяці знову з'явився привид криптографічно релевантного квантового комп'ютера (CRQC), який дозволяє зловмиснику відтворювати секретні ключі з публічних ключів і підписувати Bitcoin-транзакції, переміщуючи монети інших людей, як еволюційна форма FUD. Чи є це реалістичною загрозою для подальшого зростання Bitcoin? Одним словом, ні. Немає жодних доказів того, що CRQC буде побудовано протягом наступного десятиліття, і залишається невідомим, чи буде коли-небудь побудована така машина. Квантова загроза залишається FUD.

Стан технології

На сьогоднішній день жоден квантовий комп'ютер не обчислив нічого, що виходить за межі можливостей розумної шестирічної дитини (підтверджено емпірично). Квантові комп'ютери є вражаючою технологією і демонструють дійсно науково-фантастичні можливості сучасного світу. Ці пристрої використовують основні технології, такі як оптичні пінцети, лазерне охолодження, надпровідні флюкс-кюбіти, електромагнітні пастки, охолоджувачі розведення та багато інших. У цих пристроях окремі кубіти примушуються до специфічних субатомних станів (різних для кожної кандидатної технології), заплутуються в суперпозиції, маніпулюються для представлення обчислень, а потім їх субатомні властивості зчитуються та інтерпретуються. Вражаюча правда полягає в тому, що ці пристрої існують і можуть бути маніпульовані для виконання значущих обчислень на обмеженій кількості входів. Холодна реальність полягає в тому, що (для прикладу кандидатної технології) для виконання обчислення, яке може зробити маленька дитина, потрібно достатньо енергії, щоб охолодити школу в Техасі, багато годин налаштування та ще години постобробки.

Читання майбутнього

Я знаю, про що ви думаєте: "але ж у квантове обчислення вливається стільки грошей". Чи корелює потік грошей у цій галузі з темпами реального технологічного прогресу в цій галузі? Не зовсім. Насправді можна стверджувати, що до тих пір, поки не буде розроблена правильна основна технологія і підтверджено відповідність продукту ринку, гроші, що вливаються в цю область, мають негативну кореляцію з ймовірністю розробки застосовної технології. Це можна чітко побачити, порівнюючи програму Space Shuttle NASA з Falcon 9 SpaceX. SpaceX взяла (в основному) відомі наукові принципи і зменшила їх до практики, щоб задовольнити демонстраційну потребу ринку в надійному та дешевшому доступі до космосу, з вартістю програми менше 5 мільярдів доларів до першої пілотованої місії. Space Shuttle коштував приблизно 50 мільярдів доларів, щоб досягти своєї першої пілотованої місії. Falcon 9 не тільки коштував на порядок менше для розробки, але й має ідеальний рекорд безпеки екіпажу до сьогоднішнього дня. Існує безліч причин для цих відмінностей, але це показує, що жодна кількість грошей не зробить технологію, яка не готова, практичною. Перекладаючи це на квантове обчислення: ми можемо бачити, що з величезними грошовими вливанями в цю проблему технологічні демонстрації за величезні кошти можливі. Але це не говорить нам нічого про те, чи більше грошей принесе нам святий грааль стабільних, низько-помилкових кубітів (як надійність Falcon 9). Жодна кількість подальшої розробки програми Space Shuttle ніколи б не призвела до низької вартості та високої надійності Falcon 9, і цілком ймовірно, що жодна кількість подальшої розробки, за будь-яку ціну, ніколи не зробить жодну з нинішніх технологій квантового обчислення достатньо надійною, щоб зламати хоча б одну пару ключів.

Тепер ви, можливо, думаєте: "А як щодо всіх останніх досягнень?" Є дві важливі речі, які слід пам'ятати про нещодавно опубліковані досягнення. По-перше, багато з цих досягнень є досягненнями лише в чистій математиці. Наприклад, нещодавня стаття Google, яка містила настільки важливий результат, що вони вирішили замаскувати теоретичну квантову схему, щоб не ризикувати її використанням для зламу важливих криптографічних систем. Це може здаватися величезним прогресом у майбутньому CRQC, але насправді нічого не змінилося. Якщо (або поки) квантове обладнання не досягне свого моменту Falcon 9, просто немає жодного пристрою, який би наблизився до стабільності та масштабу, необхідних для роботи з замаскованою схемою. Це чистий театр, щоб приховати схему, розроблену для пристрою, який, можливо, ніколи не існуватиме. По-друге, на самому обладнанні ми бачимо багато нових результатів і частин прогресу, опублікованих у певному році, але скільки з них стосуються однієї й тієї ж технології квантових обчислень? Скільки з них представляють лише новий початок після того, як попередній результат закінчився безвихіддю? Реальність полягає в тому, що ці досягнення не представляють собою лінійний шлях до остаточного успіху. Вони представляють собою пошук в ширину в безмежному просторі можливостей, в якому квантові дослідники сподіваються знайти шлях, по якому вони можуть просуватися на навіть скромну відстань, не досягнувши ще однієї безвиході.

Коли ми дивимося на реальність майбутнього квантових обчислень, вона є туманною, м'яко кажучи. Є обнадійливі технологічні розробки. Особливо, на мій погляд, в області пристроїв з нейтральними атомами. Але ще занадто рано говорити, чи є шлях до остаточного CRQC серед будь-яких з відомих гілок, чи чекають нас ще більше перезапусків. Якщо в якийсь момент ми побачимо багато ітерацій однієї й тієї ж технології-кандидата, які реалізують поступово більш здатні пристрої та обчислюють значущі результати, які не може обчислити навіть обдарована дитина, ми можемо повернутися до цього обговорення з іншими доказами.

В теорії

Є два можливі пояснення для повторюваних невдач у квантових дослідженнях щодо розробки CRQC протягом багатьох десятиліть. Можливо, це просто складна проблема, і ми продовжуємо застосовувати науку та інженерію для її вирішення, і одного дня винахідливість людського роду переможе, як це сталося в розвитку Інтернету, смартфонів, соціальних медіа та Bitcoin (залишено на розсуд читача, щоб вирішити, які з цих досягнень є позитивними). З іншого боку, можливо, що розробка CRQC є або неможливою, або залишиться назавжди поза нашим досяжністю. Розгляньте, що означало б існування CRQC: машина повинна була б представляти в своїй суперпозиції поле можливостей такого ж розміру, як складність криптографічної проблеми, яку потрібно вирішити. Тобто, щоб зламати 128-бітну безпеку еліптичної кривої дискретного логарифму на кривій secp256k1 Bitcoin, квантова суперпозиція повинна була б представляти всі можливі значення 128-бітного числа. У класичних обчисленнях представлення всіх таких значень вимагало б більше комп'ютерного зберігання (на багато порядків величини), ніж людство коли-небудь виробляло. Якщо існує навіть найменша гранулярність у квантовій суперпозиції (тобто квантова суперпозиція не є абсолютно безперервною по всіх можливих значеннях), тоді квантовий комп'ютер ніколи не зможе стати криптографічно релевантним. Якщо енергія, необхідна для утримання суперпозиції, масштабується зі складністю поля, що представляється, тоді квантовий комп'ютер ніколи не зможе бути криптографічно релевантним. Сучасне розуміння квантової фізики не виключає жодного з цих можливостей.

Висновок: Bitcoin не може спочивати

Незважаючи на все вищезазначене, розвиток Bitcoin у напрямку нових криптографічних алгоритмів повинен продовжуватися. Хоча квантова атака на криптографію Bitcoin не є неминучою, цілком можливо, що інша вразливість може бути виявлена іншими способами. Ми знаємо, що певні еліптичні криві виявилися слабкими, і secp256k1 може бути наступним. Bitcoin вижив так довго, тому що атаки на систему зміцнили її, і це залишиться вірним, поки триває атака FUD на квантові технології. Розробка P2MR або P2TRv2, SHRINCS, SPHINCS, IBC, ML-DSA та інших схем підпису після квантових технологій врешті-решт призведе до покращення стійкості Bitcoin перед майбутніми атаками, навіть якщо фактичний CRQC ніколи не буде розроблений.

Ця стаття представлена в останньому друкованому випуску Bitcoin Magazine, Квантове питання. Ми ділимося нею тут як раннім поглядом на ідеї, досліджені в повному випуску.