Квантові атаки в криптовалюті: як квантові обчислення можуть поставити під загрозу безпеку блокчейна

Масштабна квантова атака на провідні криптовалюти наразі не є реальністю. Водночас це стратегічний ризик, який варто розуміти досвідченим роздрібним трейдерам, інвесторам, установам, компаніям і технічним зацікавленим сторонам, якщо вони дбають про довгострокову безпеку криптовалют. У цій статті пояснюється, що таке квантові атаки, як квантові обчислення можуть вплинути на криптографію криптовалют і Bitcoin, які компоненти блокчейн-систем є найбільш уразливими, що означають постквантові стандарти NIST і як мережі можуть підготуватися до переходу на квантовостійкий захист.

Потенційний вплив є достатньо значним, тому постквантова криптографія вже перейшла від теоретичних досліджень до формальних стандартів і планування міграції. У 2024 році Національний інститут стандартів і технологій США (NIST) завершив розроблення трьох стандартів постквантової криптографії, а у 2025 році обрав HQC для додаткової стандартизації. Ці події зробили квантову стійкість дедалі актуальнішою складовою довгострокової безпеки блокчейнів і стабільності екосистеми криптовалют.

Основні висновки

• Квантові атаки використовують потенційні можливості достатньо потужних квантових комп’ютерів для компрометації криптографічних систем.

• Для криптоіндустрії головне занепокоєння викликає потенційний вплив на технологію блокчейну та ширшу екосистему криптовалют, зокрема на відкриті ключі, цифрові підписи й хешування, що допомагають захищати цифрові активи; це також створює ризики «збирати зараз, розшифрувати пізніше» для зашифрованих даних і чутливих даних тривалого зберігання, навіть без практичного квантового комп’ютера сьогодні.

• Алгоритм Шора теоретично може загрожувати криптографічним схемам, що ґрунтуються на математичних задачах, складних для класичних комп’ютерів, але ефективно розв’язуваних достатньо потужними квантовими комп’ютерами.

• Захист на основі хешування зазнає іншого типу квантової загрози та загалом зберігає більший запас міцності, ніж уразливі системи з відкритим ключем.

• Bitcoin та інші блокчейни наразі не зазнають масштабних квантових атак, але майбутня міграція на квантовостійку криптографію може потребувати суттєвого оновлення мереж і гаманців.

• NIST уже стандартизував ML-KEM, ML-DSA і SLH-DSA та обрав HQC як додатковий алгоритм установлення ключів у постквантовій криптографії.

Що таке квантова атака?

Квантова атака — це атака, яка використовує достатньо потужний квантовий комп’ютер для експлуатації слабких місць у криптографічних системах, що захищають цифрову інформацію. На відміну від звичайних комп’ютерів, квантові комп’ютери використовують квантово-механічні явища та квантові біти для принципово іншої обробки певних обчислень.

Безпека багатьох криптографічних систем залежить від математичних задач, які надзвичайно складно розв’язати класичними й квантовими комп’ютерами з огляду на поточні реальні обмеження. Квантові алгоритми можуть змінити обчислювальну складність деяких із цих задач. Це створює потенційну довгострокову проблему для цифрової безпеки та систем, що покладаються на криптографію з відкритим ключем.

Для криптовалют це важливо, оскільки криптографія використовується на всіх етапах життєвого циклу транзакції. Приватні ключі авторизують транзакції, відкриті ключі допомагають перевіряти підписи, а криптографічні хеш-функції допомагають захищати дані транзакцій і структури блокчейну. Зловмисники також можуть збирати зашифровані дані зараз і зберігати їх для подальшого розшифрування ще до появи практичного квантового комп’ютера. Це особливо ризиковано, якщо чутлива інформація має залишатися захищеною роками.

Як квантові обчислення можуть атакувати криптовалюти?

Під час обговорення наслідків квантових обчислень для безпеки та ширшого зростання квантових загроз особливо важливі два квантові алгоритми: алгоритм Шора й алгоритм Гровера.

На відміну від звичайних комп’ютерів, які обробляють інформацію бітами зі значенням 0 або 1, квантові комп’ютери використовують квантові біти, або кубіти, що можуть одночасно існувати в кількох станах.

Квантові атаки використовують цю обчислювальну потужність для націлювання на системи цифрової безпеки. Вони роблять здійсненними певні обчислення, непрактичні для класичних комп’ютерів, що дозволяє зламувати традиційні криптографічні системи.

Алгоритм Шора та цифрові підписи

Алгоритми Шора й Гровера є двома основними технічними чинниками квантових атак на криптовалюти, причому алгоритм Шора створює найочевиднішу загрозу для шифрування з відкритим ключем.

Багато систем з відкритим ключем покладаються на математичні задачі, зокрема факторизацію цілих чисел або дискретні логарифми. Для достатньо великих обсягів даних ці задачі вважаються обчислювально складними для класичних комп’ютерів. Достатньо потужний відмовостійкий квантовий комп’ютер зміг би значно ефективніше розв’язувати певні варіанти цих задач, що ставить під загрозу RSA, криптографію на еліптичних кривих і системи, які лежать в основі вебперегляду, VPN та цифрових сертифікатів.

Для криптовалют це створює потенційний ризик для схем цифрового підпису. Якщо система підписів блокчейну стане вразливою, зловмисник потенційно зможе вивести приватні ключі з відкритих ключів, видати себе за законного власника ключа або авторизувати несанкціоновані транзакції.

Це не означає, що квантовий комп’ютер уже зараз може викрасти криптовалюту. Загроза залежить від розвитку достатньо потужного квантового комп’ютера та конкретної криптографічної схеми, яку використовує блокчейн.

Алгоритм Гровера та хеш-функції

Алгоритм Гровера створює інший тип квантової загрози. Теоретично він може забезпечити квадратичне прискорення для певних задач пошуку, що здатне зменшити фактичний запас безпеки криптографічних хеш-функцій.

Хешування важливе для блокчейн-мереж для таких завдань, як обробка транзакцій, формування блоків і proof-of-work. Проте вплив алгоритму Гровера відрізняється від впливу алгоритму Шора на вразливу криптографію з відкритим ключем. Алгоритми з відкритим ключем залежать від задач на кшталт факторизації цілих чисел і дискретних логарифмів, які квантові комп’ютери можуть ефективно розв’язувати. Основними прикладами є RSA та криптографія на еліптичних кривих, які алгоритм Шора може зламати. Натомість симетричне шифрування загалом вважається стійкішим, а такі схеми, як AES-256, часто називають сильнішим довгостроковим варіантом.

Отже, квантова безпека — це не просто питання того, чи використовує блокчейн «шифрування». Різні криптографічні компоненти можуть мати дуже різні рівні вразливості до квантових обчислень. Для криптовалют розкриття відкритих ключів може дозволити зловмиснику виводити приватні ключі або підробляти цифрові підписи у вразливих системах, підриваючи довіру до транзакцій і права власності. Ті самі засади криптографії з відкритим ключем також підтримують цифрові сертифікати, безпечний вебперегляд і VPN, тому ця проблема виходить за межі блокчейнів.

Чому квантові обчислення важливі для Bitcoin?

Bitcoin використовує кілька криптографічних механізмів для захисту права власності та транзакцій. Алгоритм Гровера може фактично вдвічі зменшити рівень безпеки симетричного шифрування, такого як AES, тому використання більших ключів допомагає зменшити ризик, хоча симетричне шифрування залишається лише частково вразливим. Цифрові підписи мають особливе значення, оскільки дозволяють мережі перевіряти, що транзакцію авторизував власник відповідного приватного ключа.

Тому довгострокове занепокоєння щодо квантових технологій тісно пов’язане із системою підписів Bitcoin, а не лише з використанням хешування. Достатньо потужний квантовий комп’ютер теоретично може поставити під загрозу криптографічні припущення, на яких ґрунтуються певні схеми підписів із відкритим ключем. Наслідки цього виходять за межі Bitcoin і поширюються на традиційні фінансові системи, які також покладаються на криптографію для захисту транзакцій і довіри.

Однак існування теоретичної атаки не означає, що Bitcoin наразі вразливий до активної квантової атаки. Для практичної атаки потрібні можливості квантових обчислень, які значно перевищують доступні сьогодні для цієї мети.

Сьогодні важливішою є підготовка. Якщо квантові комп’ютери зрештою досягнуть рівня, здатного загрожувати широко використовуваній криптографії, блокчейн-мережам знадобляться механізми для міграції користувачів, гаманців, застосунків і транзакційних систем на квантовостійкі альтернативи.

Які частини криптоекосистеми найбільш уразливі до квантових атак?

Потенційний вплив квантових обчислень різниться в різних частинах криптоекосистеми. Модель авторизації транзакцій Bitcoin, як і традиційні фінансові системи, покладається на криптографію та цифрові підписи для підтримання довіри до фінансових записів.

Ця відмінність важлива, оскільки не існує єдиної «квантової атаки», яка однаково впливає на кожен блокчейн. Фактичний ризик залежить від криптографічних алгоритмів, архітектури мережі, практик керування ключами та механізмів оновлення кожної системи. Якщо ці припущення щодо підписів перестануть бути чинними, безпека фінансових транзакцій може послабитися, оскільки у вразливих системах стане легше підробляти авторизації. Подібні проблеми стосуються IoT-пристроїв тривалого використання, у яких відкладені оновлення можуть залишати в роботі вразливі криптографічні компоненти.

Що таке постквантова криптографія?

Постквантова криптографія (PQC) означає криптографічні алгоритми, розроблені для збереження безпеки як проти звичайних комп’ютерів, так і проти майбутніх квантових комп’ютерів.

PQC не означає використання квантового комп’ютера для шифрування інформації. Натомість вона зазвичай передбачає використання класичних криптографічних алгоритмів, які вважаються стійкими до відомих квантових атак, а практичний план переходу зосереджується на постквантовій безпеці.

NIST завершив розроблення трьох основних стандартів PQC у серпні 2024 року:

Ці стандарти розробили для протидії майбутнім загрозам від квантових комп’ютерів. Подібні протоколи шифрування також використовуються у підключених середовищах, наприклад у IoT-пристроях і критичній інфраструктурі, тому проблема є ширшою за самі лише блокчейни. Згодом, у березні 2025 року, NIST обрав HQC як додатковий механізм інкапсуляції ключів на доповнення до ML-KEM. NIST зазначив, що HQC призначений як резервний підхід, заснований на іншій математиці, ніж ML-KEM. Це важливо для фінансових систем на основі блокчейну, коли уразливі компоненти залежать від вразливих криптографічних схем.

Як блокчейни можуть підготуватися до квантових атак?

Підготовка до квантових атак не зводиться лише до заміни одного алгоритму. Для блокчейн-мереж криптографічна міграція може охоплювати кілька рівнів наявної інфраструктури. Постквантові алгоритми, також відомі як квантовостійкі алгоритми, розроблені для протидії квантовим атакам, а постквантова криптографія захищає від атак квантових комп’ютерів і підтримує постквантову безпеку.

Оновіть системи цифрових підписів

Блокчейнам, що покладаються на вразливі до квантових атак схеми підписів, може зрештою знадобитися підтримка квантовостійких альтернатив. Це може вплинути на формати транзакцій, програмне забезпечення гаманців, реалізації вузлів та інфраструктуру застосунків.

Зменшіть непотрібне розкриття ключів

Потенційний ризик квантових атак робить розкриття ключів важливою складовою проєктування безпеки блокчейну. Щоб захистити чутливі дані тривалого зберігання та іншу конфіденційну інформацію, необхідно замінити вразливі системи шифрування та підписів із відкритим ключем. Це допоможе захистити дані від майбутніх квантових атак. Мережам і системам гаманців може знадобитися враховувати, як розкривається інформація про відкриті ключі та як активи можна перенести до нових криптографічних схем. Цей перехід є складним, повільним і тривалим, оскільки впливає на багато залежних компонентів.

Розвивайте криптографічну гнучкість

Криптографічна гнучкість означає здатність системи замінювати або оновлювати криптографічні алгоритми без повної перебудови її інфраструктури. Атаки «збирати зараз, розшифрувати пізніше» роблять розкритий криптографічний матеріал ризикованим ще до появи практичного квантового зловмисника. Тому командам із кібербезпеки потрібні шляхи оновлення, які підтримують узгоджений захист у різних системах.

Для екосистем блокчейну криптографічна гнучкість може спростити реагування, якщо криптографічний алгоритм, якому наразі довіряють, стане вразливим або стане доступною ефективніша квантовостійка альтернатива. Це також залежить від того, як команди безпеки керують ключами шифрування та змінюють їх під час перевірки нових засобів контролю. Організації повинні визначати й захищати чутливі дані тривалого зберігання та іншу конфіденційну інформацію, яка має залишатися захищеною досить довго, щоб виправдати ранню міграцію.

Плануйте оновлення на рівні мережі

Масштабний перехід може передбачати:

• Оновлення гаманців

• Нові формати транзакцій

• Нові схеми підписів

• Зміни смарт-контрактів

• Оновлення програмного забезпечення вузлів

• Інфраструктуру зберігання

• Інфраструктуру бірж

• Механізми міграції активів

Робота NIST щодо переходу так само розглядає міграцію від уразливої до квантових атак криптографії до постквантових стандартів як виклик для інфраструктури й планування, а не як одне оновлення програмного забезпечення. Криптографічна гнучкість дає змогу швидко оновлювати алгоритми та ключі шифрування у відповідь на нові загрози.

Командам безпеки та командам із кібербезпеки потрібна така гнучкість, щоб перевіряти розгортання, тестувати гібридну криптографію в наявній інфраструктурі та підтримувати узгоджений захист у межах усієї екосистеми.

Квантові атаки проти традиційних криптоатак

Квантові атаки є лише однією категорією в ширшому ландшафті безпеки криптовалют.

Організації мають тестувати постквантову та гібридну криптографію до повної міграції всієї мережі як частину захисту даних.

Це порівняння також допомагає оцінити квантову загрозу в належному контексті. Традиційні атаки, зокрема фішинг, шкідливе програмне забезпечення, викрадення приватних ключів і експлойти смарт-контрактів, залишаються практичними проблемами безпеки сьогодні, тоді як масштабні квантові атаки залишаються майбутнім криптографічним ризиком.

Що квантова стійкість означає для користувачів криптовалют?

Для окремих користувачів криптовалют квантова стійкість насамперед є проблемою безпеки на рівні екосистеми, а не функцією, яку можна вирішити простим вибором певного гаманця.

Користувачі можуть відстежувати, чи розробляють блокчейн-мережі та постачальники гаманців, якими вони користуються, механізми оновлення для квантовостійкої криптографії. Також важливо підтримувати програмне забезпечення гаманців та іншу інфраструктуру безпеки в актуальному стані, оскільки майбутні оновлення мережі можуть запроваджувати нові схеми підписів або формати транзакцій. Крім того, зашифровані записи чи резервні копії, що зберігаються тривалий час, можуть містити чутливі дані, які стануть важливими пізніше, навіть якщо практичні загрози сьогодні є більш традиційними.

Також важливо розрізняти поняття квантовостійкий і квантонепробивний. Жодну криптографічну систему не слід вважати назавжди захищеною від усіх майбутніх атак. Постквантова криптографія ґрунтується на математичних припущеннях, які наразі вважаються стійкими до відомих квантових атак і є предметом постійних досліджень та оцінювання. Інакше кажучи, довгостроковий ризик полягає у захисті даних і криптографічної довіри від майбутніх проривів, тоді як традиційні атаки залишаються нагальнішою проблемою для більшості користувачів сьогодні.

Чому квантова безпека стає актуальною темою для галузі?

Квантова загроза орієнтована на майбутнє, але підготовка вже триває.

NIST опублікував перші три завершені стандарти PQC у серпні 2024 року та продовжує розширювати процес стандартизації. У березні 2025 року NIST обрав HQC як додатковий алгоритм для встановлення ключів і заявив, що організації мають продовжувати міграцію до стандартів, завершених у 2024 році. Користувачам та організаціям слід приділяти особливу увагу зашифрованим даним, що містять чутливу інформацію та можуть потребувати захисту протягом багатьох років, оскільки зловмисники можуть викрасти їх зараз і чекати на практичний квантовий комп’ютер, щоб спробувати розшифрувати їх пізніше.

Це означає, що обговорення квантових атак змістилося від простого запитання «Чи можуть квантові комп’ютери зламати криптографію?» до практичнішого: «Як наявні системи мають здійснити міграцію до появи достатньо потужних квантових комп’ютерів?» Ця зміна також покладає більше відповідальності на команди з кібербезпеки щодо тестування систем, навчання персоналу та створення планів квантовостійкої безпеки задовго до завершення оновлень.

Для криптовалют ця відмінність особливо важлива, оскільки блокчейн-мережі є децентралізованими та часто мають великі екосистеми гаманців, бірж, застосунків, валідаторів, майнерів, зберігачів і користувачів. Тому криптографічна міграція може вимагати координації на кількох рівнях.

Ризики та обмеження наративу про квантові атаки

Квантові обчислення не слід подавати як безпосередню загрозу, здатну раптово зламати Bitcoin або весь крипторинок.

По-перше, достатньо потужного квантового комп’ютера, релевантного для криптографії та здатного здійснювати такі атаки, наразі не існує. Строки появи та технічні вимоги до такої системи залишаються невизначеними. Навіть без практичного квантового комп’ютера сьогодні організації готуються, оскільки строки криптографічної міграції є тривалими, а поточна квантова технологія все ще недостатня для таких атак.

По-друге, квантові обчислення не впливають однаково на кожен криптографічний примітив. Підписи з відкритим ключем, механізми встановлення ключів і хеш-функції мають різні властивості безпеки в умовах квантових алгоритмів.

По-третє, сама міграція створює технічні виклики. Нові криптографічні схеми можуть мати інші розміри ключів, розміри підписів, характеристики продуктивності та вимоги до реалізації. Тому розробники блокчейнів мають балансувати між безпекою, масштабованістю, сумісністю та децентралізацією, розглядаючи майбутні оновлення. Саме тому команди з кібербезпеки розглядають квантову готовність як актуальне питання планування.

Зрештою, постквантова криптографія є галуззю, що розвивається. Стандарти NIST створюють важливу основу, але додаткові алгоритми та рекомендації щодо реалізації продовжують оцінюватися.

Поширені запитання

Чи становлять квантові атаки поточну загрозу для Bitcoin?

Ні, якщо йдеться про активну масштабну атаку. Основне занепокоєння викликає майбутній розвиток достатньо потужних квантових комп’ютерів, здатних загрожувати криптографічним системам, які наразі використовують блокчейн-мережі.

Чи можуть квантові комп’ютери зламати Bitcoin?

Достатньо потужний квантовий комп’ютер потенційно може загрожувати деяким криптографічним механізмам Bitcoin, передусім його системі цифрових підписів. Однак це не означає, що Bitcoin уже зараз можна зламати квантовими комп’ютерами.

Що таке постквантова криптографія?

Постквантова криптографія використовує криптографічні алгоритми, розроблені для збереження безпеки проти звичайних і квантових комп’ютерів. NIST уже завершив розроблення кількох стандартів PQC, зокрема стандартів для встановлення ключів і цифрових підписів.

Чи є Bitcoin квантовостійким?

Наявна криптографічна архітектура Bitcoin спочатку не створювалася з урахуванням постквантової криптографії. Тому довгострокова квантова стійкість залежатиме від майбутніх криптографічних і мережевих оновлень.

У чому різниця між квантовими обчисленнями та постквантовою криптографією?

Квантові обчислення — це парадигма обчислень, заснована на квантово-механічних принципах. Натомість постквантова криптографія означає криптографічні алгоритми, розроблені для захисту інформації від атак майбутніх квантових комп’ютерів.

Коли квантові атаки стануть реальною загрозою для криптовалют?

Немає надійної дати, коли з’явиться квантовий комп’ютер, здатний зламати широко використовувану криптографію. Ця невизначеність є однією з причин, чому організації з кібербезпеки планують криптографічну міграцію до появи таких систем.