Могут ли квантовые компьютеры украсть ваши биткоины?

Представьте, что вы кладете свои монеты в сейф сегодня, а потом обнаруживаете, что будущий компьютер лучше понимает механизм замка, чем любой живой человек. Это и есть скрытая опасность, связанная с отношениями между биткоином и квантовыми компьютерами. Настоящий вопрос не в том, являются ли квантовые компьютеры «волшебным убийцей» биткоина, ведь они не таковы, а в более точном вопросе: может ли мощный квантовый компьютер сломать криптографические ключи, защищающие некоторые биткоины, и что сделает сеть до этого момента?

Биткоин не хранит монеты как файлы в аккаунте, а отслеживает, кто разрешен тратить каждую часть биткоина. Это подтверждается с помощью криптографии; вы не предоставляете пароль сети, а предоставляете цифровую подпись, которая подтверждает ваше владение «частным ключом». Частный ключ — это очень большое секретное число, его угадывать невозможно. Из этого секрета ваш кошелек может создать «публичный ключ», который можно делиться с другими, в то время как приватный ключ должен оставаться полностью скрытым.

При использовании классических компьютеров переход от приватного ключа к публичному — простая операция, но обратное — практически невозможное. Это и есть основная идея асимметричной криптографии: одностороннее вычисление быстрое, а обратное — очень сложное. Биткоин основывается на этом одностороннем процессе: каждый раз, когда кто-то тратит свои монеты, он подписывает транзакцию, которая говорит: «Я знаю секретный ключ», не раскрывая сам ключ.

Почему квантовые компьютеры могут иметь значение?

Квантовые компьютеры решают задачи не так, как обычные. Для некоторых математических задач правильный квантовый алгоритм может находить сокращенные пути, недоступные обычным машинам. Поэтому эта тема рассматривается всерьез. И ошибочно думать, что квантовые компьютеры сделают все задачи легкими; они сильны только в определенных областях математики.

Биткоин использует более одного вида криптографии, и квантовые компьютеры по-разному влияют на эти части. Основная тревога связана с системой цифровых подписей в биткоине, которая в основном основана на «криптографии эллиптических кривых». Теоретически, мощный и исправляющий ошибки квантовый компьютер может запустить определенный алгоритм, чтобы извлечь приватный ключ из публичного «открытого» ключа. И слово «открытый» здесь очень важно.

Во многих популярных транзакциях биткоина ваш публичный ключ не отображается полностью в блокчейне, пока вы не потратите средства с этого адреса. Перед тратой сеть обычно показывает только «отпечаток» (хеш) публичного ключа, а не сам ключ. Это означает, что самая большая опасность не угрожает всем монетам сразу, а только тем, у которых публичные ключи уже видны или станут видимыми при транзакции.

Хеширование против подписей

Давайте углубимся немного, потому что разница между «хешем» и публичным ключом — это то, с чего начинается много квантового запутывания. Хеш — это как отпечаток данных; он используется в биткоине в нескольких местах, включая адреса и майнинг. Квантовые компьютеры могут ускорить некоторые атаки на хеши, но они не могут просто «развернуть» хеш, как книгу.

Часто путают две квантовые идеи: «алгоритм Шора» (Shor's algorithm), который страшен для систем с открытыми ключами, такими как подписи эллиптических кривых, и «алгоритм Гровера» (Grover's algorithm), который дает ограниченное ускорение поиска методом полного перебора. Последний важен, но представляет собой совершенно другой уровень угрозы. Некоторые слышат слово «квант» и думают, что майнинг биткоина рухнет мгновенно, но майнинг основан на повторном хешировании, и квантовая выгода там не означает кражу приватных ключей.

Очевидная опасность — не исчезновение всех монет внезапно, а то, что монеты с открытыми публичными ключами станут уязвимыми. Если будущий квантовый компьютер сможет быстро вычислить соответствующий приватный ключ, злоумышленник сможет создать правильную транзакцию. Есть и более точный сценарий: при тратах биткоинов ваш публичный ключ становится видимым до подтверждения транзакции; и в опасном квантовом будущем злоумышленник может попытаться извлечь ваш приватный ключ в этот промежуток времени и опубликовать конкурирующую транзакцию.

Какие монеты наиболее уязвимы?

Некоторые выходы биткоина более уязвимы, чем другие. Старые платежи и адреса, которые повторно использовались, могут раскрывать публичные ключи в сети. Как только публичный ключ становится известен, будущий злоумышленник не должен ждать новой траты, чтобы изучить цель. Поэтому кошельки всегда рекомендуют использовать новые адреса.

Повторное использование адресов уже плохо для приватности, а в контексте квантовой угрозы это увеличивает количество публичных ключей, доступных на блокчейне. Практические детали важнее драматических адресов; угроза реальна по сути, но зависит от возможностей, времени и того, был ли публичный ключ уже раскрыт ранее.

Что может сделать биткоин?

Биткоин — это программное обеспечение, сеть и протокол сообщества. Если криптография станет ненадежной, решение — не сдаваться, а обновить правила так, чтобы защитить монеты с помощью «квантоустойчивых» схем подписей. Постквантовая криптография — это криптография, разработанная для сопротивления известным атакам как классических, так и квантовых компьютеров.

Для биткоина наиболее актуальной идеей является замена или дополнение текущей системы подписей схемой, устойчивой к квантам. Изменение системы подписей в биткоине — не то же самое, что обновление приложения на телефоне; все узлы, кошельки, платформы, холодные хранилища и пользователи должны пройти через четкий процесс миграции. Необходим широкий консенсус и тщательное тестирование.

Некоторые изменения можно реализовать совместимыми с предыдущими версиями, другие требуют более глубоких изменений правил. Точный путь зависит от выбранного дизайна. Важный момент — миграция криптографических схем возможна, но медленная, политическая и технически сложная. Если биткоин перейдет на адреса, устойчивые к квантам, пользователи, скорее всего, должны будут перевести свои монеты в новую систему защиты.

Сложный вопрос политики

Это кажется простым, но в контексте биткоина — это огромная проблема координации. Некоторые люди могут быть неактивны, потерять ключи или владеть старыми монетами, которые никогда не будут тратить. Утерянные монеты создают сложные дискуссии: если старые открытые ключи станут уязвимыми, должна ли сеть разрешить их тратить с помощью квантового извлечения ключа, или есть крайний срок, после которого такие выходы станут недоступными?

Мнения здесь будут сильно различаться, и вопрос становится философским. Биткоин ценит права собственности и предсказуемые правила, но также ценит безопасность. Любое предложение заморозить, перенести или ограничить старые монеты должно балансировать между защитой сети и избеганием несправедливого контроля над чужими средствами.

Лучшее мышление — чувствовать «срочность без паники». Практическая атака на приватные ключи биткоина требует квантового компьютера, значительно превосходящего текущие экспериментальные модели. Но ждать, пока угроза станет реальной, — неответственно, потому что обновления биткоина требуют времени. Следует избегать крайних утверждений: первое — что квантовые компьютеры уничтожат биткоин завтра; второе — что квантовые компьютеры вообще не важны.

Что должны делать пользователи?

Для обычного пользователя простой практический совет: используйте хорошо обслуживаемые кошельки, избегайте повторного использования адресов, храните в безопасности фразу восстановления, следите за серьезными обновлениями биткоина, но не принимайте решений, основанных на страховых публикациях.

Разработчики и исследователи следят за разными вопросами: какие постквантовые подписи наиболее безопасны? Какой размер таких подписей? Какова их проверочная стоимость? Как безопасно мигрировать кошельки? Решение должно работать не только теоретически, но и в реальной сети биткоина.

Итог

История биткоина и квантовых компьютеров — это в основном история о долгосрочной безопасности. Мощные системы не предполагают, что замки сегодня прослужат вечно, а планируют более совершенные атаки, лучшие инструменты и точные обновления до наступления кризиса. Так что, могут ли квантовые компьютеры сломать биткоин? Ответ — не просто «да» или «нет».

Будущий мощный квантовый компьютер может угрожать раскрытию публичных ключей, но хеширование и майнинг — это другой уровень вызовов. Реальный ответ — биткоин сталкивается с будущей необходимостью миграции, а не с немедленным приговором. Какие части квантовой угрозы для вас остаются неясными?