Fizycy kwantowi: 30 tys. kubitów złamie klucze Bitcoin w godzinę

Zagrożenie związane z „Q-Day” dla Bitcoina staje się coraz bardziej realne

Firma z siedzibą w Paryżu i Bostonie ogłosiła w czwartek, że jej naukowcy szacują, iż odporny na awarie komputer kwantowy wyposażony w około 29 588 fizycznych kubitów mógłby rozwiązać 256-bitowy problem kryptograficzny oparty na krzywej eliptycznej w zaledwie 61,8 minuty. Ten problem matematyczny stanowi podstawę podpisów cyfrowych wykorzystywanych do autoryzacji transakcji bitcoinowych.

Wyniki badań, szczegółowo opisane w nowej publikacji naukowej, sugerują również, że 22 593 fizycznych kubitów mogłoby złamać szyfrowanie RSA-2048 w ciągu około 3,14 dnia, co stanowi znaczne skrócenie czasu w porównaniu z wcześniejszymi szacunkami. W 2019 roku naukowcy przewidywali, że rozkład na czynniki pierwsze szyfrowania RSA-2048 wymagałby około 20 milionów fizycznych kubitów, podczas gdy zrewidowane szacunki Google Quantum AI z zeszłego roku obniżyły tę liczbę poniżej miliona.

Firma Alice & Bob twierdzi, że jej najnowsze obliczenia stanowią nowy punkt odniesienia w zakresie minimalizacji połączenia wymagań sprzętowych związanych z obliczeniami kwantowymi oraz czasu przetwarzania.

Badania opierają się na specjalistycznej technologii nadprzewodnikowej znanej jako kubity typu „cat”, zaprojektowanej w celu ograniczenia niektórych błędów kwantowych na poziomie sprzętowym. Naukowcy połączyli to podejście z bardziej wydajnymi kodami korekcji błędów oraz ulepszeniami operacji matematycznych wymaganych przez algorytm Shora – metodę obliczeń kwantowych zdolną do złamania powszechnie stosowanej kryptografii klucza publicznego.

Firma podkreśliła, że jej wyniki są teoretycznymi szacunkami zasobów, a nie dowodem na to, że istniejące komputery kwantowe są w stanie złamać klucze bitcoinowe. Budowa maszyn zdolnych do niezawodnego wykonywania tych obliczeń pozostaje poważnym wyzwaniem inżynieryjnym.

W przypadku bitcoina konsekwencje dotyczą przede wszystkim systemu podpisów cyfrowych opartego na krzywych eliptycznych, który pozwala użytkownikom wykazać prawo własności do środków. Wystarczająco wydajny komputer kwantowy mógłby potencjalnie obliczyć klucze prywatne na podstawie ujawnionych kluczy publicznych, umożliwiając atakującym generowanie nieautoryzowanych podpisów i kradzież kryptowaluty.

Szacowany przez Alice i Boba czas trwania ataku wynoszący jedną godzinę nadal przekraczałby średni interwał między blokami w sieci Bitcoin, wynoszący około 10 minut, co ogranicza natychmiastową praktyczną możliwość ataku na zwykłe transakcje oczekujące na potwierdzenie. Jednak monety powiązane z już ujawnionymi kluczami publicznymi mogłyby być narażone na poważniejsze zagrożenie, ponieważ atakujący niekoniecznie musieliby zakończyć obliczenia przed utworzeniem kolejnego bloku.

Tempo przyspiesza

Ogłoszenie to jest następstwem serii ostatnich wydarzeń sugerujących, że bariery techniczne dla ataków kwantowych stopniowo maleją.

Jak informował serwis Bitcoin.com News na początku tego miesiąca, Google Quantum AI zademonstrowało technikę redukcji błędów zwaną „magic state cultivation”, osiągając 40-krotną poprawę niezawodności wyspecjalizowanych stanów kwantowych wymaganych do złożonych obliczeń. Oddzielne badania Google opublikowane w marcu sugerowały, że zaawansowana maszyna kwantowa mogłaby teoretycznie złamać podpisy bitcoina oparte na krzywych eliptycznych przy użyciu mniej niż 500 000 fizycznych kubitów, przy czym jedna z proponowanych konfiguracji pozwoliłaby na przeprowadzenie ataku w ciągu około dziewięciu minut.

Tymczasem firma Quantinuum zajmująca się informatyką kwantową ogłosiła 19 października, że jej system Helios osiągnął 99,9995% wierności logicznej, co odpowiada około pięciu błędom na milion operacji. Firma określiła to osiągnięcie jako wsparcie dla swoich ambicji dostarczenia do 2029 r. komercyjnie użytecznego komputera kwantowego odpornego na awarie.

Obliczenia firmy Alice & Bob stanowią inny rodzaj postępu, pokazując, w jaki sposób wybory architektoniczne i ulepszenia algorytmów mogą znacznie ograniczyć ilość sprzętu potrzebnego do ataku na istniejące systemy kryptograficzne.

„Szacunki dotyczące zasobów potrzebnych do uruchomienia algorytmu systematycznie spadają, ponieważ w tej dziedzinie opracowano lepsze podejścia do korekcji błędów i projektowania algorytmów” – powiedział w oświadczeniu dyrektor generalny Alice & Bob, Théau Peronnin.

Firma spodziewa się, że udoskonalenie sprzętu kwantowego i malejące wymagania obliczeniowe potencjalnie zbiegną się na początku lat 30. XXI wieku, choć pozostaje to raczej prognozą niż ustalonym harmonogramem.

Wyniki te zwiększają presję na twórców Bitcoina, by zbadali schematy podpisów odporne na ataki kwantowe, zanim takie maszyny staną się dostępne. Poprzednie szacunki sugerowały, że około 6,9 mln BTC może być narażonych na potencjalne zagrożenie, ponieważ odpowiadające im klucze publiczne zostały już ujawnione.

Zastąpienie obecnej technologii podpisów w Bitcoinie wiązałoby się ze znacznymi komplikacjami, w tym większymi wymaganiami dotyczącymi danych transakcyjnych, problemami z kompatybilnością z istniejącymi portfelami oraz trudnym pytaniem o to, jak chronić monety przechowywane na nieaktywnych lub niedostępnych adresach.

Firma Alice & Bob wezwała organizacje do rozpoczęcia wdrażania zabezpieczeń kryptograficznych odpornych na ataki kwantowe, zamiast czekać na rzeczywisty atak kwantowy.

W przypadku Bitcoina, gdzie zmiany wymagają szczegółowej analizy technicznej i szerokiej koordynacji sieciowej, malejące szacunki mogą sprawić, że przygotowania staną się coraz ważniejsze, nawet jeśli praktyczne pojawienie się komputera kwantowego zdolnego do obliczeń kryptograficznych pozostaje niepewne.