Komputer kwantowy – pogromca blockchain?

Czy całkowite bezpieczeństwo blockchain jest możliwe w post-kwantowym świecie? Czy pojawienie się komputerów kwantowych spowoduje, że blockchain stanie się przestarzały?

Podziel się

facebook twitter google+ linkedin email

Podstawy teoretyczne komputerów kwantowych zostały opisane w latach 80-tych zeszłego wieku. Dopiero niedawno technologia dogoniła teorię, pozwalając na zbudowanie pierwszych komputerów kwantowych. Niewątpliwym pionierem tej technologii jest kanadyjska firma D–Wave Systems. Jej klientami są zarówno agencje rządowe, jak CIA, NSA, ośrodki naukowe, NASA, jak i podmioty komercyjne, np. Google czy Lockheed Martin – można przeczytać na ich stronie. Także Unia Europejska zamierza przeznaczyć miliard euro na podobne badania. Firmy technologiczne rozwijają własne technologie, widząc szerokie zastosowania dla ogromnych mocy drzemiących w obliczeniach opartych o kwanty, podstawowe cząstki, z których zbudowany jest nasz świat.

 

Elektrony mają już za ciasno

Dlaczego ta technologia jest tak przełomowa? Współczesne procesory składają się z miliardów tranzystorów wielkości kilku nanometrów zgrupowanych na bardzo małej powierzchni.Według prawa Moore’aliczba tranzystorów w mikroprocesorze podwaja się co mniej więcej dwa lata. Niestety wzrost mocy obliczeniowych w procesorach ulega ciągłemu spowolnieniu. Osiągamy bowiem granice technologiczne w możliwościach “upakowania” coraz większej liczby tranzystorów na tak małych powierzchniach. Granica, której fizycznie przekroczyć się nie da, to tranzystor o rozmiarze pojedynczego atomu oraz pojedynczy elektron służący do przełączania jego stanu od 0 do 1.

 

Technologia rodem z zimnej próżni

Najprościej można pokazać zalety komputera kwantowego, przez porównanie go do komputera tradycyjnego. Urządzenie, które znamy z codziennej pracy, dokonuje wszystkich operacji, wykorzystując podstawowe jednostki informatyczne, jakimi są bity. A te mogą reprezentować w zasadzie tylko dwa stany: 0 i 1.

W przypadku komputera kwantowego mówimy o wykorzystaniu stanu pośredniego, czyli wyjściu poza schemat dwóch przeciwnych wartości. Kubit(od bitów kwantowych) – bo tak się nazywa jednostka urządzeń kwantowych – może przyjmować jednocześnie wartość 0 i 1, a dokładnie może przyjmować nieskończoną liczbę stanów między 0 a 1. Taki stan nazywa się superpozycją. Dopiero podczas sprawdzenia wartości kubita, przyjmuje on jeden z dwóch stanów podstawowych – 0 lub 1.

Wydaje się, że to mała różnica, jednakże kubit znajdujący się w stanie superpozycji może podczas obliczeń wykonywać wiele poleceń jednocześnie. Pomagają nam tu podstawowe zasady fizyki kwantowej. Fizycznie kubit może być reprezentowany przez dowolny układ kwantowy o dwóch różnych stanach podstawowych, na przykład spinu elektronu lub atomu, dwóch poziomów energetycznych w atomie czy dwóch poziomów polaryzacji fotonu – pionową i poziomą. O ile w klasycznym komputerze bit przechowuje jedną z dwóch wartości, dwa bity przechowują jedną z czterech wartości itd., dwa kubity przechowują nie jedną, a cztery wartości jednocześnie, 4 kubity 256 wartości a 16 kubitów może przechowywać 65536 wartości, czyli przy każdym kubicie jest znacznie więcej możliwości. By jeszcze bardziej uściślić: kwantowy stan, o którym mowa, doprowadza nas do sytuacji, w której maszyna przetwarza potężne zbiory danych w nieprawdopodobnie krótkim czasie. Wyobraźmy sobie tak pokaźne zbiory, że ich przetworzenie przez tradycyjne komputery wymagałoby milionów lat. Ta całkowicie abstrakcyjna sytuacja nabiera realności, gdy zaczynamy mówić o użyciu komputera kwantowego. Potrafi on liczyć nawet o setki tysięcy – a w założeniu miliony – razy szybciej od urządzeń zbudowanych w oparciu o zaawansowane podzespoły krzemowe! Idealne zastosowanie dla takiej maszyny to rozpoznawanie obiektów z ogromnego zasobu zdjęć, operacje na dużych liczbach, czy szyfrowanie i łamanie szyfrów. Operując na danych matematycznych, tę różnicę w wydajności między kwantowym a tradycyjnym komputerem możemy teoretycznie zwiększyć nawet do poziomu 1:18 000 000 000 000 000 000 razy!

 

Diabelnie szybki, ale ograniczony

Do działania komputera kwantowego potrzeba systemu do sterowania, odpowiednika system operacyjnego, algorytmów pozwalających przeprowadzić obliczenia kwantowe i oprogramowania. Tworzenie algorytmów kwantowych jest bardzo trudne, bo muszą one być opracowywane w oparciu o zasady mechaniki kwantowej. Algorytmy wykonywane przez komputer kwantowy są algorytmami działającymi w oparciu o rachunek prawdopodobieństwa. Oznacza to, że uruchamiając ten sam algorytm na komputerze kwantowym dwukrotnie, można otrzymać różne wyniki ze względu na losowość procesu. Z tego wynika, że – upraszczając – dla uzyskania wiarygodnych wyników obliczenia należy uwzględniać prawdopodobieństwa. A to niestety bardzo skomplikowany proces.

Komputery kwantowe nadają się do bardzo wyspecjalizowanych obliczeń opartych na rachunku prawdopodobieństwa – algorytmów, które pozwolą wykorzystać całą ukrytą w nich moc. Czyli komputery kwantowe nie pojawią się na każdym biurku i w każdym domu. Jednak bez względu na to, ile czasu potrzebujemy na uzyskanie danego wyniku pracy algorytmu, możemy już dzisiaj wyobrazić sobie sytuację, w której do rozwiązania konkretnego problemu angażujemy maszynę kwantową.

 

 

Pocałunek śmierci dla kryptowalut

Niektórzy naukowcy twierdzą, że rozwój i upowszechnienie komputerów kwantowych może doprowadzić do przełamania zabezpieczeń kryptograficznych odpowiadających za model działania i bezpieczeństwo technologii blockchain. Dokładnie tej, na której oparte są krypto waluty. Kapitalizacja wszystkich krypto walut wynosi 440 mld USD (stan na grudzień 2017, źródło coinmarketcap.com). Jest więc o co walczyć. Dlaczego technologia blockchain może być wrażliwa na ataki za pomocą komputerów kwantowych?Zabezpieczenie architektury blockchain oparte jest na dwóch rodzajach klucza zabezpieczającego: prywatnym i publicznym. Aby zrealizować jakąkolwiek transakcję wykorzystując krypto waluty użytkownik będący adresatem transakcji dzieli się kluczem publicznymz nadawcą transakcji, a ten – żeby ją potwierdzić – używa klucza prywatnego. Jeżeli ktoś inny, nie będący nadawcą lub odbiorcą transakcji, pozna klucz prywatny, przejmie kontrolę nad transakcją. Klucz prywatny można albo ukraść, albo złamać używając brutalnej, ogromnej mocy obliczeniowej. W zawiązku z tym pojawieniem się i rozpowszechnianiem komputerów kwantowych algorytmy, na których oparte są zabezpieczenia technologii blockchain staną się bezużyteczne.Ktokolwiek posiadający komputer kwantowy będzie w stanie obliczyć klucz prywatny na podstawie klucza publicznego.Taka operacja zajmie bardzo niewiele czasu. A posiadacz kodów prywatnych będzie miał dostęp do portfeli wszystkich kryptowalut.

Jednak co z tego, że być może złamanie klucza prywatnego zajmie kilka minut, ale biorąc pod uwagę koszt komputera kwantowego, będzie to bardzo kosztowna operacja.

 

Nie wszystko stracone

Wydaje się, że najprostszym sposobem zabezpieczenia kluczy może być wprowadzenie przez społeczność kryptowalut znacznie bardziej skomplikowanych standardów kryptograficznych. Odpowiednie technologie są już znane. Jednak na to konieczna byłaby jednoczesna zgoda społeczności kryptowalut. Dla każdej krypto waluty oddzielnie. Jednak mając na uwadze chociażby niedawną nieudaną próbę osiągnięcia konsensusuprzy zwiększeniu objętości bloków dla bitcoina (BTC) z 2MB do 4MB, może nie być to takie łatwe. Dla przypomnienia, zgodnie z protokołem blockchain na taką zmianę musiało zgodzić się 80% użytkowników tej waluty. Wydawało się, że zwiększenie dwukrotnie przepustowości sieci i znaczne przyśpieszenie transakcji jest korzyścią dla wszystkich. Okazało się jednak, że nie.

Z drugiej strony zanim komputery kwantowe staną się szeroko dostępne, kryptologia klucza publicznego posunie się dalej w rozwoju, a społeczność osiągnie jednak porozumienie to blockchain i kryptowaluty powinny być zabezpieczone przed komputerami kwantowymi przez długi czas.

 

Powiązane artykuły:

Dlaczego tak bardzo zależy nam na technologii blockchain?

– Tylko Bóg potrafi policzyć równie szybko, czyli świat komputerów kwantowych

Machine Learning. Komputery nie są już niemowlętami

Blockchain, czyli ostateczny krach systemu finansowego

Biologia syntetyczna. Matrix, owieczka Dolly i bakterie przyszłości

Blockchain– święty Graal systemu finansowgo?

Blockchain ma potencjał do wzruszenia podstawowych filarów naszego społeczeństwa

 

 

Komputer kwantowy IBM 4

Skomentuj

22 comments

  1. JacekPlacek5

    Nie chciałbym być jak ten koleś, co mówił, że konie są lepsze, niż samochody (ulubiony przykład blockchainowców), ale na chłopski rozum to nie wygląda dobrze. Uciekamy od prostoty (pieniądz kruszcowy) w stronę coraz bardziej złożonych rozwiązań. Pytanie – po co? Fiat umożliwia dodruk. Co będzie umożliwiał bankom centralnym blockchain? Który ekspert zagwarantuje i da głowę, że nic? Teraz, kiedy jest kasa do wyciągnięcia, to pewnie każdy.

  2. TomaszKik

    Daleka droga. Znaczna część ogłoszonych projektów blockchain nie została jeszcze wydana, te które już działają można porównać do pierwszych stron internetowych, które były przedwczesne i eksperymentalne. Przewiduje się, że technologie oparte na blockchain będą stanowić sporą część Internetu za 10-15 lat i podobnie jak w przypadku z internetem, nie będziesz musiał rozumieć jak działają, aby z nich korzystać. Wtedy bedzie czas na walke komp kwantowe – blockchain.

  3. CabbH

    Technologia blockchain na pewno się będzie dalej rozwijać, bowiem daje to możliwość zabezpieczenia przed oszustami działającymi w sieci. Natomiast kryptowaluta jest tworem opartym na tej technologi. I do pewnego czasu stanowił dobrą formę wymiany bowiem pomijał fiskus. Ale ostatnio państwo znalazło sposób na ściągnięcie daniny. Dlatego rozmawiając rozmawiajmy albo o technologii blockchain albo o kryptowalucie bowiem są to różne sprawy. Zobaczymy

  4. Krzysztof Bikowski

    Fajny artykuł. Pamiętajmy że sieci blockchain transakcje są publiczne, ale dostępne tylko w ramach praw dostępu dla danego użytkownika i całą ich historię, od samego początku istnienia blockchain aż po dziś dzień, można przejrzeć i zweryfikować. Nie ma czegoś takiego jak anonimowy blockchain.

  5. Andrzej44

    Blockchain ma ogromny potencjał również w wielu innych segmentach, nie tylko finansów. Smart Contracts, które bazują na protokole blockchain ethereum mogą pomóc w obrzydliwie skomplikowanym systemie rozliczeń między platformą streamingową, a artystą. Jest wiele blochcainów – praktycznie każda kryptowaluta to inny blockchain. Jest duzo zastosowań dla Fintech, bankowości, łańcucha dostaw. Jest to zdecydowanie ogomna przyszłość. A w sumie prosta tyle że rozproszona i mocno zabezpieczona baza danych.

  6. Jacek B2

    Blockchain eliminuje potrzebę angażowania pośredników (np. banków), poprzez szybkie tworzenie trwałego, bezpiecznego rejestru transakcji. Wszyscy pracują nad zastosowaniem technologii do zarządzania łańcuchem dostaw, usługami finansowymi, rejestrami nieruchomości i wieloma innymi branżami. A w połaczeniu z komp kwantowymi to już zupełnie inny wymiar. KILLER APP.

  7. Andrzej_Ko

    Komputery kwantowe będą mogły złamać klucz prywatny — ich niemal nieograniczone moce obliczeniowe pozwolą przestępcom podrabiać podpisy elektroniczne, którymi podpisane są transakcje w blockchainie i niepostrzeżenie dokonywać w nim zmian lub nie pozwalać innym członkom sieci na jego używanie. Będzie to wykorzystanie brutalnej mocy obliczeniowej.

  8. TomaszK1

    Nie ma co straszyć. Komputery kwantowe nie zagrożą wyspecjalizowanym układom ASIC jeszcze przez ponad 10 lat. Możemy się spodziewać, że obecni gracze na rynku kryptowalut będą prowadzili wyścig zbrojeń i dość szybko zaczną inwestować w komputery kwantowe. Możemy być pewni, że nastąpi kolejne kryptowalutowe szaleństwo i wymiana sprzętu na układy oparte na logice wielowartościowe

  9. DCzaj

    W ciągu kilku lat komputery kwantowe złamią zabezpieczenia BTC. Klucze prywatne będą otwarte dla wszystkich. Zagrożone są również powszechnie stosowane podpisy cyfrowe w bankach i instytucjach publicznych.