FHE dan Ancaman Kuantum: Mengapa enkripsi homomorfik dibangun untuk era Pasca-Kuantum

Pengungkapan: Artikel ini tidak mewakili nasihat investasi. Konten dan materi yang ditampilkan di halaman ini hanya untuk tujuan edukasi.

Bitcoiners telah lama memikirkan jenis peristiwa black swan yang dapat melumpuhkan jaringan cryptocurrency, membuatnya tidak dapat digunakan. Skenario yang diajukan berkisar dari kiamat nuklir hingga kegagalan internet yang katastrofik – keduanya tentu akan mempengaruhi manusia dengan cara yang jauh lebih nyata daripada sekadar kemampuan mereka untuk bertransaksi secara onchain.

Salah satu ancaman terbesar yang diperkirakan, dan saat ini sedang dibahas secara rutin, berkaitan dengan bayangan komputasi kuantum. Setelah mesin kuantum yang cukup kuat tiba, para peramal kiamat memperingatkan, kriptografi bisa runtuh dalam semalam, mempengaruhi tidak hanya Bitcoin tetapi juga sebagian besar blockchain serta keamanan perbankan dan web tradisional.

Alasan mengapa ketakutan ini mendapatkan perhatian lebih, sementara black swan lain – teknologi alien, misalnya, atau Bitcoin yang tertidur 1 juta Satoshi yang diaktifkan kembali – tidak, karena ancaman kuantum memiliki peluang realistis untuk terwujud. Bahkan, banyak yang mengatakan bahwa itu tak terhindarkan dan hanya tinggal menunggu waktu kapan itu akan terjadi.

Apakah kita berbicara dalam hitungan tahun atau dekade? Jika dalam dekade, maka ada cukup waktu bagi dunia untuk beralih ke sistem yang tahan kuantum. Jika dalam tahun, maka Houston kita punya masalah. Itulah sebabnya masuk akal untuk mengantisipasi sekarang agar saat hari itu tiba, dunia sudah siap dan telah menerapkan solusi untuk mencegah aset digital dan ledger terdistribusi yang menjalankannya dari diretas.

Akibatnya, para peneliti semakin memperhatikan sistem kriptografi yang tahan kuantum, memastikan mereka tetap aman bahkan di dunia di mana komputer kuantum ada. Fully Homomorphic Encryption (FHE) termasuk kategori ini, yang menjadi salah satu alasan utama mengapa ia semakin menarik perhatian di Web3 dan komputasi tradisional.

Untuk memahami mengapa, kita perlu mengurai ancaman kuantum dan memeriksa bagaimana matematika dasar FHE berbeda dari kriptografi yang sebagian besar blockchain andalkan saat ini.

Masalah Komputasi Kuantum

Kebanyakan orang tidak memahami komputasi kuantum secara mendalam, yang tidak mengherankan mengingat kompleksitasnya. Tapi mereka memahami pentingnya ancaman yang ditimbulkannya. Seperti yang mungkin Anda ketahui, komputer tradisional memproses informasi sebagai bit yang berada dalam salah satu dari dua keadaan, 0 atau 1. Komputer kuantum menggunakan qubit, yang dapat berada dalam banyak keadaan sekaligus berkat properti yang disebut superposisi.

Tanpa masuk terlalu jauh ke dalam fisika, implikasi praktisnya adalah bahwa masalah tertentu yang akan memakan waktu ribuan atau jutaan tahun untuk diselesaikan oleh komputer klasik, secara teoretis bisa diselesaikan jauh lebih cepat oleh mesin kuantum. Ini penting karena banyak sistem enkripsi yang digunakan secara luas bergantung pada masalah matematis yang mudah dihitung dalam satu arah tetapi sangat sulit dibalik.

Dua contoh terpenting adalah enkripsi RSA, yang bergantung pada kesulitan memfaktorkan bilangan prima besar, dan Elliptic Curve Cryptography (ECC), yang bergantung pada kesulitan menyelesaikan masalah logaritma diskret. Keduanya rentan terhadap algoritma kuantum yang dikenal sebagai Shor’s Algorithm, yang dapat secara efisien menyelesaikan masalah matematis yang melindungi mereka, dan ECC sangat relevan untuk blockchain karena menjadi fondasi keamanan sebagian besar dompet kripto.

Mengapa Blockchain Bisa Rentan

Dalam sebagian besar jaringan blockchain, kontrol dana akhirnya bergantung pada kepemilikan kunci pribadi. Saat Anda mengirim transaksi, jaringan memverifikasi bahwa Anda memiliki kunci tersebut dengan memeriksa tanda tangan digital yang berasal dari kriptografi kurva elips. Dengan asumsi komputasi klasik, mendapatkan kunci pribadi dari kunci publik secara komputasi tidak feasible.

Namun dengan perangkat keras kuantum yang cukup kuat menjalankan Shor’s Algorithm, persamaan itu berubah. Penyerang kuantum secara teoretis bisa mendapatkan kunci pribadi dari kunci publik, memungkinkan mereka untuk memalsukan tanda tangan dan berpotensi menguras dompet.

Ini tidak berarti ancaman ini akan segera terjadi. Komputer kuantum saat ini masih terlalu kecil dan rentan terhadap kesalahan untuk melakukan serangan ini secara skala besar. Tapi kriptografi beroperasi dalam jangka waktu panjang dan aset yang disimpan di blockchain hari ini perlu tetap aman selama beberapa dekade ke depan – yang mengembalikan kita ke FHE.

Mengapa FHE secara alami Tahan Kuantum

Fully Homomorphic Encryption dibangun secara berbeda. Sebab sebagian besar implementasi FHE modern bergantung pada kriptografi berbasis lattice, yang didasarkan pada kesulitan menyelesaikan masalah yang melibatkan struktur geometris berdimensi tinggi yang disebut lattice.

Secara sederhana, tantangannya melibatkan menyelesaikan sistem persamaan besar yang mengandung sejumlah kecil noise atau acak. Untuk komputer klasik, menyelesaikan masalah ini secara efisien sangat sulit dan – yang penting – tidak ada algoritma kuantum yang diketahui dapat menyelesaikannya secara dramatis lebih cepat.

Ini menjadikan sistem berbasis lattice sebagai kandidat utama untuk kriptografi pasca-kuantum, dan organisasi seperti National Institute of Standards and Technology (NIST) di AS telah memilih beberapa algoritma berbasis lattice sebagai standar kriptografi masa depan.

Karena sebagian besar skema FHE dibangun di atas fondasi matematis yang sama, mereka mewarisi ketahanan yang sama terhadap serangan kuantum. Dengan kata lain, FHE awalnya tidak dirancang sebagai mekanisme pertahanan kuantum, tetapi matematika yang digunakan secara kebetulan sejalan dengan arah kriptografi pasca-kuantum.

Apa arti ini untuk Blockchain

Ketahanan kuantum sangat penting untuk sistem blockchain karena mereka dirancang sebagai infrastruktur yang tahan lama. Kita tidak tahu berapa nilai satu bitcoin dalam 20 tahun, tetapi kita ingin yakin bahwa nilainya akan tetap ada dan layak dipegang sebagai investasi jangka panjang – serta akhirnya diwariskan kepada keturunan kita.

Ini juga menjadi alasan penting untuk mulai memikirkan komputasi kuantum sekarang. Perlu dicatat, bahwa blockchain tidak bisa sekonyong-konyong mengganti sistem kriptografi mereka. Asumsi keamanan mereka tertanam dalam segala hal mulai dari mekanisme konsensus hingga arsitektur dompet.

Jika sebuah primitive kriptografi yang banyak digunakan menjadi rentan, migrasi seluruh ekosistem blockchain akan sangat menyakitkan, seperti yang dikatakan Bane – sangat menyakitkan. Inilah sebabnya industri mulai mengalihkan perhatian ke FHE.

Karena memungkinkan perhitungan pada data terenkripsi dan bergantung pada matematika yang tahan kuantum, FHE menawarkan jalan menuju sistem blockchain yang menjaga privasi sekaligus aman dari ancaman kuantum. Ini sangat relevan untuk aplikasi yang melibatkan data keuangan sensitif.

Peran FHE dalam DeFi privat

Salah satu penggunaan FHE yang paling menjanjikan di blockchain saat ini adalah keuangan terdesentralisasi yang terenkripsi. Blockchain publik tentu bersifat transparan secara bawaan, dan meskipun transparansi ini berharga untuk verifikasi, hal ini menimbulkan masalah di pasar keuangan di mana strategi dan saldo dompet menjadi terlihat oleh semua orang.

Fully Homomorphic Encryption mengatasi ini dengan memungkinkan kontrak pintar beroperasi pada saldo terenkripsi. Misalnya, sebuah protokol pinjaman dapat memverifikasi bahwa peminjam memiliki jaminan yang cukup untuk mendapatkan pinjaman tanpa mengungkapkan jumlah pasti dan ambang likuidasi dapat tetap tersembunyi, mencegah trader menargetkan posisi yang rentan. Model pinjaman terenkripsi berbasis FHE menunjukkan bagaimana kontrak pintar dapat menegakkan aturan keuangan sambil menjaga kerahasiaan informasi sensitif.

Dalam konteks ini, FHE memberikan dua manfaat sekaligus: privasi yang dipadukan dengan ketahanan kriptografi jangka panjang.

Model kriptografi yang tahan masa depan

Kebangkitan komputasi kuantum memaksa kriptografer untuk memikirkan kembali asumsi yang mendasari keamanan modern. Tampaknya tak terhindarkan bahwa teknologi yang dibangun di atas primitive kriptografi klasik mungkin akhirnya harus diganti. Perubahannya bisa berlangsung perlahan atau bisa terjadi secara mendadak karena terobosan kuantum yang mendadak.

Yang penting adalah saat itu tiba, kita sudah siap dan tidak panik mencari solusi – karena saat itu mungkin sudah terlambat. Kita tidak tahu berapa lama era pra-kuantum akan bertahan. Tapi kita tahu bahwa setiap zaman akhirnya berlalu dan ketika era pra-kuantum berakhir, blockchain yang dilindungi oleh Fully Homomorphic Encryption akan tetap aman dan jaminan keamanannya tidak terganggu.

Saat ini, FHE berguna untuk banyak hal termasuk memberikan privasi onchain. Tapi di masa depan, nilai utamanya mungkin sebagai pertahanan yang memastikan blockchain tetap kebal terhadap serangan komputer paling kuat yang pernah diciptakan.