Алексей Федоров: Квантовые компьютеры несут угрозу для криптовалют и блокчейна

Старший научный сотрудник Российского Квантового Центра Алексей Федоров в интервью LetKnow.News рассказал, какие угрозы для биткоина представляет квантовый компьютер, что будет после его появления с BTC и какие еще предстоит решить криптографические задачи разработчикам блокчейна.

Доктор физических наук Алексей Федоров одним из первых обратил внимание на угрозу для криптографии со стороны квантового компьютера. И вместе со своей командой разработал прототип квантового блокчейна.

– Вы создали квантовый блокчейн. Расскажите, что это и как вы к этому пришли.

– Я занимаюсь квантовой физикой и квантовыми информационными технологиями. Это такое направление, которое возникло на стыке физики и информатики несколько десятилетий назад. Основная идея состоит в том, чтобы использовать некоторые свойства квантовых систем для задач информатики. Например, в 1994 году П. Шором из MIT было показано, что если попытаться построить квантовый компьютер, в основе которого будут лежать такие явления квантовой физики, как суперпозиция (когда квантовые аналоги битов информации - кубиты - находятся в состояниях 0 и 1 одновременно) и квантовой запутанности, то такой гипотетический компьютер может решать задачу факторизации чисел (разложения числа на простые множители) очень быстро, за полиномиальное время.

Звучит это очень далеко от практики. Но на сложности этой задачи базируется наиболее распространенные алгоритмы криптографии, которые мы используем каждый день. Для того, чтобы защитить наши данные в интернете, нам нужно каким-то образом разместить криптографические ключи для шифрования. И для этого используются такие задачи, которые легко решаются в одну сторону, но крайне сложны для решения “в обратном порядке”. Никакой классический суперкомпьютер не может решить задачу факторизации достаточного большого числа за разумное время. А квантовый – сможет. Потому если квантовый компьютер появится, он может быть угрозой для информационной безопасности.

А что такое блокчейн? Блокчейн это некая распределенная система, которая базируется на криптографиечких примитивах. Существует такая тройка: мой секретный ключ, который я никому не показываю, мой публичный ключ, который демонстрирую всем, и некоторый алгоритм преобразования приватного и публичного ключа, который называется подписью. И получается, что подпись по публичному ключу легко проверить, но по публичному ключу приватный получить очень тяжело. Такая криптография также основывается на сложных задачах для классических компьютеров. А вот для квантовых компьютеров, как мы говорили, эта задача может быть легкой. Потому если бы квантовый компьютер существовал, то он мог бы взламывать цифровые подписи в блокчейне.

И вот на волне хайпа к блокчейну, как к суперзащищенной системе, я несколько раз в голове прокручивал, почему же люди настолько в этом уверены, ведь цифровые подписи можно взломать квантовым компьютером. Это и стало отправной точкой нашего исследования. И вторая вещь, которая используется в блокчейне – это алгоритм консенсуса, то есть транзакции, которые попадают в блок, и которые не попадают. И здесь квантовый компьютер может дать квадратическое ускорение. Оно не такое большое, как при взломе цифровой подписи, поскольку там квантовый компьютер дает экспоненциальное ускорение. Однако, если бы квантовый компьютер появился, он был бы достаточно мощным, чтобы манипулировать сетью с точки зрения консенсуса, и соответственно, майнинга.

– Что такое квантовое шифрование, какие проблемы оно решает? И чем эта разработка отличается от обычного блокчейна?

– Квантовый компьютер оказывает сильное влияние на блокчейн. Когда возник вопрос, можно ли построить такой блокчейн, который был бы устойчив к контактам с квантовым компьютером, то есть чтобы блокчейн оставался защищенным, если бы у всех пользователей сети был квантовый компьютер, – тогда мы решили создать схему для такого распределенного реестра. Ценность его в том, что мы предложили инкорпорировать в блокчейн систему квантовой криптографии.

Устройство квантовой криптографии основано на том, что криптографические ключи получаются не путем решения математических задач, а с помощью обмена индивидуальными квантовыми объектами. Лучше всего для этого подходят частицы света – фотоны. Все пользователи, обладающие таким устройством, могут распределять симметричные ключи и эти ключи использовать, чтобы формировать аналоги подписи, тем самым подписывая транзакции, и для консенсуса использовать механизм, который устойчив к атакам с высокими мощностями. Так что квантовое шифрование не очень хороший термин, правильнее говорить о квантовом распределении ключей.

Мы придумали эту концепцию и продемонстрировали ее на proof-of-concept эксперименте. Это и есть то, что называется квантовым блокчейном. Но нужно понимать, что это очень исследовательская разработка. На самом деле, что здесь важно для криптовалютного комьюнити, то что мы одними из первых обратили внимание на то, что с появлением квантовых компьютеров у блокчейна появятся проблемы, и если сейчас проектировать блокчейн, то имеет смысл учитывать этот факт. И из-за этого наша научная работа собрала очень много цитирований в контексте того, что квантовый компьютер может поставить под угроз работу блокчейна.

– Где потенциально может применяться эта технология и есть ли на сегодняшний день на нее спрос?

– Больший спрос появится с развитием квантовой криптографии. Спрос есть на эти устройства, которые могут применяться для широкого спектра задач и даже просто для шифрования трафика. Кроме того, квантовая сеть может использоваться для создания инфраструктуры защищенного распределенного реестра.

Это необходимо для обмена данными в межбанковской системе. Банки это first adopters технологии квантовой криптографии. Эта технология бурно развивается в мире, и при этом Россия находится на передовой. В России есть ряд очень сильных команд в области технологии квантового распределения ключей – одна из них это наша команда в Российском квантовом центре и компании QRate. И в России первые индустриальные эксперименты проводились в банках, это Сбербанк и Газпромбанке. И, конечно, их интересует, можно ли применять в банковской сфере квантовую криптографию для защищенных распределенных реестров.

– Насколько дорогостоящая квантовая блокчейн-инфраструктура? И что для нее необходимо?

– Инфраструктура для квантового шифрования пока дорогостоящая. Поскольку эта технология только начала появляться на рынке. И этот рынок только начинает формироваться. Такие устройства стоят очень дорого, порядка ста тысяч долларов .

По своей сути, это два устройства, приемник и передатчик, они работают в режиме “точка-точка”. Набор устройств квантовой криптографии можно преобразовывать в сетевое устройство. И самое важное, что какими бы вычислительными мощностями не обладал злоумышленник, взломать он такую систему не может. Потому то конфиденциальность приватных ключей основана не на сложности решения задач, как современная криптография, а на фундаментальных законах физики. Поэтому все то, что основано на математике, его статус из-за развития вычислительных технологий меняется, а статус законов квантовой механики не меняется последние сто лет. Потому квантовую криптографию даже на уровне концепции взломать невозможно.

– Многие говорят, что одна из потенциальных угроз для блокчейна – квантовый компьютер. Насколько это соответствует действительности?

– Квантовые компьютеры – угроза для криптографии в принципе. И блокчейн тут – не исключение. Важно понять, что вся криптография с появлением квантовых компьютеров будет под угрозой.

Но я позитивист, и считаю, что криптография, которая устойчива к квантовым «машинам» появится раньше, чем подобные компьютеры. И для этого есть все предпосылки. Ведь помимо квантовой криптографии, которая основана на создании устройств, распыляющих одиночные фотоны, из которых в свою очередь появляться криптографические ключи, есть и другое направление, которое активно эксплуатируются блокчейном. Оно называется «постквантовая криптография».

Это криптография, которая основана на математических задачах, которые и классический компьютер и квантовый решают примерно одинаково плохо. Такие задачи, конечно, есть. Пока неизвестно, действительно ли это так – нет строгого доказательства. Может быть мы не знаем какого-то квантового алгоритма, который бы решал подобную задачу быстро. И если сделать криптографию, основанную на таких задачах, это будет абсолютно классическая криптография, но основанная на “новой” математике. И если ее инкорпорировать в блокчейн, и у злоумышленника будет даже квантовый компьютер, то с «сетью» ничего плохого не произойдет.

Я не знаю, будет ли квантовый компьютер использоваться для взлома блокчейнов. Но, в принципе, если бы он уже был и появился на волне хайпа к криптовалютам, например, то, конечно, это была бы серьезная угроза. Представьте, вместо всей этой кучи майнинговых центров и пулов, достаточно было бы иметь только один, квантовый. И он бы добывал криптовалюту гораздо быстрее. То есть, тут квантовый компьютер представляет для блокчейна большой интерес.

Я сейчас вижу, как многие блокчейн-проекты, которые выживают в нынешних условиях, думают переходить на квантово-защищенные решения. The Quantum Resistant Ledger – один пример. И таких примеров достаточно много, в том числе русских. Поэтому я верю, что квантовый компьютер появится гораздо позже, чем криптография и блокчейн разработают защиту.

– Как вы думаете, сколько нужно времени, чтобы квантовое шифрование из теории превратилось в практику?

– Я – позитивист. Поэтому я считаю, что это возможно в течение 5-10 лет в мелком масштабе. Когда квантовые компьютеры полностью войдут в нашу жизнь? Это сложнее, и может быть в течение 10-20 лет. То есть, 5-10 лет для исследовательских прототипов. И еще 15-20 лет, чтобы технология вошла в нашу жизнь.

– Что произойдет с биткоином, когда появится квантовый компьютер?

– Я думаю у него появится форк, который будет квантово-устойчивым. И с этим форком все будет хорошо. А с основной веткой – это вопрос.

Говоря о том, что подобная система полностью демократичная, то это, конечно, вопрос «у кого больше вычислительных ресурсов». Блокчейн устойчиво работает только в том случае, если ресурсы равномерно распределены по сети. Если это не так, то у блокчейна в целом, и биткоина в частности, есть проблемы.

Поэтому появление настолько мощного вычислительного инструмента не может не сказаться на курсе того же BTC. И, повторюсь, думаю, что скоро появятся квантово-устойчивые форки. И произойдет это достаточно скоро.

В принципе, сейчас, при построении блокчейна, криптовалют и других криптографических систем, разработчики руководствуются принципом crypto-agility. То есть, система строится таким образом, чтобы криптографию можно было «на лету» заменить. Условно: появляется квантовый компьютер, и вы меняете криптографию на квантово-защищенную. Эти принципы закладываются уже в новые блокчейн-технологии.

Но конкретно с биткоином есть проблема, ведь он сделан таким, каким он есть. Но форк вполне может появиться. Вообще, тема устойчивости биткоина достаточно активно исследуется. В том числе нашей группой. Мы недавно изучали, что будет, если добавить в биткоин возможность обнаружения взлома кошельков. Оказывается, внутри BTC много интересных механизмом, которые позволяют, если кто-то что-то взломал, обнаружить этот факт. Потому BTC – достаточно интересная система, которая еще будет исследоваться.

– Как будет меняться рынок блокчейна в ближайшие 5 лет? Какие есть фундаментальные проблемы у этой технологии, которые должны быть решены?

– Я думаю, что есть ряд серьезных проблем. В первую очередь, это проблема с масштабируемостью. Блокчейн – технология, которая с одной стороны обеспечивает безопасность, базируясь на сложных математических задачах.

Но с другой стороны, из-за этих задач блокчейн может работать достаточно медленно. То есть, тут нужно найти правильный компромисс. Да так, чтобы обрабатывать достаточное количество транзакций, например. И при этом обеспечивать их защищенность. Потому, что защищенность и время часто находятся в таком антикомпромиссе. Очень тяжело оставаться безопасным и эффективным одновременно. И это не только в блокчейнах, а везде.

То есть, эффективность, с учетом роста транзакций – проблема. Безопасность, особенно с точки зрения квантового компьютера, – тоже проблема. И это только технические сложности. Есть уйма бизнесовых проблем. К примеру, нужно найти, где децентрализация дает реальные преимущества. Таких индустрий достаточно мало сейчас. Да и не только найти, а сделать так, чтобы это еще и прибыль генерировало.

Сейчас есть, так скажем, «кривая хайпа». То есть, циклы хайпа. То есть: был пик, потом провал, а потом она выходит на насыщение. Стабильное насыщение появится тогда, когда найдутся преимущества блокчейна в каких-то конкретных индустриях, и они будут внедрены реальным бизнесом. Но с точки зрения технологии две серьезные проблемы – эффективность и безопасность. И их очень тяжело одновременно решать.

– Каким образом блокчейн повлиял на развитие технологий? Ведь за это время появилось, много сопутствующей инфраструктуры: новые технологии, оборудование и прочее.

– Довольно интересным образом. Сказать, что он совершил революцию – пафосно. Потому что он, может, запустил революцию. Совершил ли он ее на данный момент? Спорный вопрос. Оставим его на усмотрение историков информационного века.

Но безусловно блокчейн сильно привлек внимание людей к тем проблемам, которым люди обычно не придают значения. К криптографии, например. Она стала людям намного ближе и понятнее. К ней появился интерес, только когда появились криптовалюты и блокчейны.

Также, блокчейн поднял интерес к технологическим знаниям наряду с квантовыми компьютерами и искусственным интеллектом. Блокчейн тут – такой «третий флаг», который постоянно пытается повысить уровень интереса людей к технологиям. И это очень важно.

Сейчас мы не используем биткоин или блокчейн в каждодневной жизни. Но он уже на слуху, и это очень важно для технологического развития в плане его потенциала.

– В чем главное предназначение криптовалют и какое у них будущее?

– Я думаю, что они в итоге инкорпорируются в финансовую систему. Не уверен, что они могут существовать, как альтернативная финансовая система.

Предназначение криптовалют – те преимущества, которые они дают: удобство, контроль, прозрачность. Было бы здорово, чтобы все процессы эмиссии и преобразования валют были настолько прозрачны, как и в том же биткоине. С одной стороны, прозрачность, а с другой – приватность.

Конечно, было и идеологическое предназначение, чтобы понять интерес общества к технологиям. Но и технологическое будущее у них тоже есть. Ведь криптовалюты позволяют пересмотреть принципы, на которых построенные нынешние финансовые инструменты.

Источник

LetKnow.News

оценка материала: