Vi har tur att få leva idag. Vi befinner oss mitt i en enorm teknisk omvälvning, en där vår uppfinning och upptäckt, driven av socialt sinnad vetenskaplig forskning, kryper in i alla aspekter av våra liv. Blockchain är bara en av dessa tekniker; andra som kvantberäkning och ren energi gör lika framsteg i strävan efter en bättre värld.
Vetenskapliga upptäckter har ofta ett sätt att testa varandra, i ett slags tekniskt överlevnad av de starkaste. Till exempel, när regler för ren energi föreskriver minskning av traditionella energiproducerande industrier, måste blockchain utforma lösningar för att minska energiförbrukningen och samtidigt fortsätta skapandet av nya block i kedjan. När blockkedjan förlängs kräver el- och datorresurserna att öka exponentiellt.
Hotet med Quantum Computing till Blockchain
Kvantberäkning ger oss extraordinär beräkningskraft, vilket gör köttfärs av problem som klassiska datorer kämpar för att lösa. Världens mest pressande frågor, som klimatförändringarna, kan endast övervinnas med maskiner som kvantdatorer. Ändå, som med all ny teknik, har den makten att göra funktioner i andra tekniker föråldrade. Dessa tekniker måste muteras för att överleva och frodas, eller annars lämnas kvar i skräpgården för en-hit-underverksteknik.
Med blockchain är det rovdjuret kvantberäkning. Blockchains säkerhet kommer från dess förbättrade krypteringsstandarder, men kvantbearbetningens kraft gör att experter är oroliga för att krypteringen som används av blockchain kommer att övervinnas för lätt genom kvantberäkning..
Nyligen forskare från University of South Wales konstruerade en ny arkitektur, liknande de som används i dagens processorer, för att utföra kvantberäkningar. Detta har betydande konsekvenser för den genomsnittliga personen. Det betyder att samma teknik som används för att köra enheterna du använder idag kan användas för att köra kvantberäkningar.
Kvantberäkning, till och med fickkvantberäkning, är oundviklig. Det har emellertid alltid ses som en avlägsen dröm – 10 till 15 år i framtiden har varit branschuppfattningen om ankomsten av kommersiell kvantberäkning. Denna upptäckt av UNSW-forskare diskrediterar denna förutsägelse. Det kan nu komma mycket snabbare och det kan inte lova bra för kryptografi och blockchain som helhet.
Det är tekniskt möjligt för en klassisk dator att bryta igenom den asymmetriska kryptering som mynt gillar Bitcoin använda, med ren brute force (går igenom alla möjliga lösningar); det skulle bara ta mycket lång tid. Kvantdatorer fungerar dock i en storlek många gånger snabbare än klassiska datorer, och det är lättare för den att besegra asymmetrisk kryptering.
Det sätter kryptovaluta och blockchain på en trång plats. Kryptovaluta och blockchain kan tvingas att utvecklas, att mutera för att ha nya egenskaper, annars kan den mycket älskade säkerheten och integriteten som entusiaster lovsång om kan vara ett minne blott..
Men allt är inte förlorat. Myntutvecklare har ett öga för den långsiktiga framtiden, kanske för att kryptovalutan i sig bara är i småbarnsstadiet. Det finns en lång väg att gå innan kryptovaluta mognar i världsomspännande användning. Utvecklare är noga med att planera för eventuella hinder och detta inkluderar kvantberäkning.
Men innan vi pratar om de möjliga lösningar som blockchain kan använda i försvar mot kvantberäkning, låt oss ta en titt på vad kvantberäkning är. Liksom blockkedjor och kryptokurrency är det bra att veta lite om en teknik som kommer att ha en aldrig tidigare skådad inverkan på våra liv.
Få universum att fungera för oss
Kvantbearbetning är slutspelet för datorforskning. Det överträffas i vördnad och spekulation av endast ett annat forskningsområde – artificiell intelligens. Under många år har organisationer som NASA och branschjättar som Google hällt sina resurser i perfektion av detta galna fysikfält för daglig användning.
För närvarande är det begränsat till högteknologiska forskningslaboratorier och några få utvalda organisationer, men vid ett tillfälle var det också den traditionella datorn du använder idag. Smarttelefonen i din hand är många gånger kraftfullare än rymdfarkosten Voyager som nu flyter i det interstellära rummet och datorerna som simulerade kärnvapenkrig under det kalla kriget. Det är bara en tidsfråga innan kvantberäkning blir mer tillgänglig för den genomsnittliga personen.
Dagens datorer använder bitar. Det här är värden som kan vara antingen 0 eller 1. Det betyder i sig inte mycket, men när du kombinerar dessa “ja” eller “nej” värden med andra “ja” eller “nej” värden upprepade gånger kan du komma upp med svar på riktigt komplexa frågor (I själva verket behöver du bara 6 bitar för att ta reda på vad en bokstav är – men i praktiken tar det 8 bitar.) Det är i stort sett allt som din dator behöver för att göra allt den gör idag.
Komplex CGI-rendering? Kolla upp. Videospel? Kolla upp. Möjliga ultrarealistiska simuleringar av världen? Kolla upp. Allt detta kan göras med bara bitar.
Quantum computing tar denna idé till en helt ny nivå. Otroligt, det utnyttjar universums väv för att göra detta. De kvantdatorer som är i drift idag manipulera universum och parallella universum att göra beräkningar.
Kvantdatorer körs på qubits, som kan existera i tillståndet 0 och 1 samtidigt. Vi kommer inte att gå in på detaljerna, men med varje ytterligare qubit växer datorns datorkraft exponentiellt. Detta gör det möjligt för kvantdatorn att utföra komplexa beräkningar med en hastighet som överstiger dagens datorer, vilket minskar tiden för att lösa komplexa matematiska modeller, simuleringar och kryptografisk säkerhet.
Hur kryptering fungerar idag
Den mest populära kryptografitekniken som används idag är public key cryptography. Detta använder ett par offentliga och privata nycklar för att kryptera och dekryptera meddelanden (eller transaktionsdata, i fallet med blockchain) för att säkerställa att endast verifierade användare kan komma åt informationen.
Källa: Commons.wikimedia.org
I ett nötskal används din offentliga nyckel för att komma åt det krypterade meddelandet och din privata nyckel används för att dekryptera meddelandet. Styrkan på den privata nyckeln beror på säkerhetsmetoderna och sekretessen för den privata nyckeln. Blockchain använder digitala signaturer för ytterligare skydd.
Denna form av kryptografi har använts i många år och det är ett bevis på dess effektivitet att den har stått emot decennier av försök att bryta den.
Teoretiskt kan kvantdatorer enkelt lösa säkerhetsmetoderna för asymmetrisk kryptografi. Kvantdatorn måste bara vara tillräckligt stor och branschen gör språng med avseende på detta.
Det beräknas att det kommer att ta 4000 qubits för att bryta dagens starkaste krypteringsstandarder. I november 2017, Meddelade IBM att den just hade tillverkat en kvantdator på 50 kvbit. Det kan verka som om det är långt ifrån 4000, men kom ihåg att tekniken inte växer linjärt. Tiden mellan milstolparna förkortas snabbt när tiden går. Det tog 50 år innan datorer gick från jätte militära föremål till hushållsartiklar. Det har bara gått 35 udda år sedan dess och vi är redan på god väg till nästa datorålder.
Sammanfattningsvis fungerar dagens krypteringsstandarder i blockchain just nu, men kvantberäkning ligger precis vid svansen. Vad betyder det för blockchain och kryptovalutor?
Kan kvantdatorer döda Blockchain?
Om kvantbearbetning fortsätter i sin nuvarande takt kommer det inte att ha något problem att bryta krypteringen som används av blockchain. Det ekonomiska systemet för kryptovalutor skulle bli allt annat än värdelöst eftersom det skulle vara möjligt för hackare att stjäla dina mynt, begå bedrägeri och kontrollera blockchain. Om någon lätt skulle kunna stjäla dina bitcoins skulle det inte vara bra för Bitcoins rykte.
Du kanske har hört talas om ”51% attack”. Detta är när gruvarbetare kontrollerar över 50% av nätverket, så att de kan dubbla utgifterna. I lekmanns ord betyder detta att de kan spendera pengar två gånger genom att radera transaktioner från blockchain.
Kvantdatorer kan ge skadliga gruvarbetare den kraft de behöver för att bryta denna tröskel på 50%. Denna speciella säkerhetsproblem är inte en omedelbar oro. Prognosen är att det kommer att dröja minst tio år innan kvantdatorer kan göra detta. Men med den nyligen avslöjade tekniska arkitekturen för kvantdatorer kan den tidslinjen förkortas.
Det finns en mycket större oro som, som vi nämnde, är den lätthet med vilken kvantberäkning kan bryta kryptering av offentlig nyckel. Kvantberäkning förväntas nå denna maktnivå 2027. Med andra ord, om dagens krypteringsstandarder och i förlängning blockchain-säkerhet inte utvecklar nya säkerhetstekniker eller krypteringsstandarder, kommer det att vara praktiskt taget värdelöst.
Den goda nyheten är att långsiktigt tänkande utvecklare av kryptovalutor faktiskt förbereder sig för denna eventualitet och de har några knep i ärmen.
Använda förebyggande åtgärder
Kryptovalutor använder en mängd olika verktyg för att bekämpa det snabbt närmande hotet från kvantdatorer. Det är en teknisk utveckling som formar sig till en ganska show.
En av dessa utvecklingar är en uppgraderad version av Bitcoin kallad qBitcoin. Det är tänkbart att använda kvantkryptografiprotokoll, såsom BB84-kvantnyckeldistributionsschemat, för att överföra dessa qBitcoins mellan användare.
Det finns en ironi här: samma teknik som kvantberäkning använder för att hota blockchain-säkerhet, qubit, används för att skydda blockkedjor. Tyvärr finns det hinder i denna metod. Det skulle vara nödvändigt att installera ett kvantdistributionsnät för att överföra dessa qubits, vilket är ekonomiskt omöjligt i stor skala på grund av de höga byggkostnaderna. Med tiden kan det dock bli billigare.
En annan föreslagen metod är Kvantresistent storbok, utvecklad av Dr Peter Waterland. Denna nya teknik designades med tanke på kryptografi efter kvantitet. Det syftar till att bekämpa hotet med kvantberäkning genom att implementera nya digitala signaturer i transaktioner, en som gör huvudboken motståndskraftig mot kvantberäkning..
Med hjälp av en Proof-of-Stake-algoritm har denna metod visat sig ha säkra hashbaserade pseudoslumpmässiga funktioner som immuniseras mot kvantanalys. Till skillnad från qBitcoins behöver den inte dyr infrastruktur för att fungera. Den kan köras på enheter med låg effekt som bärbara datorer och Raspberry Pis.
QRL planerar också att införa ett kvantsäkert meddelandeskikt. Genom en teknik som kallas gitterbaserad kryptografi kommer transaktioner att undertecknas med en speciell offentlig nyckel som kan användas av användare för att ringa upp ett säkert kommunikationsmedium över vilket meddelanden kan skickas. Ytterligare planer inkluderar att länka blockchain-ID till dessa kvantsäkra adresser, så kallade XMSS-transaktioner.
Det finns också befintliga kryptovalutor som planerar för kryptografi efter kvantitet. IOTA, ett av de största mynten på marknaden, använder Winternitz OTS eller Lamport Signatures för att säkra sina signaturer från kvantanalys. Det enda problemet med detta är att varje adress bara kan användas en gång.
IOTA: s proprietära protokoll, Tangle, kontraintuitivt, påskyndar faktiskt nätverket när fler användare anländer. IOTAs Directed Acyclic Graph, som skiljer sig från en blockchain, är en anmärkningsvärd ny utveckling inom kryptovalutateknik. I detta nätverk måste avsändaren av transaktionen verifiera två andra transaktioner. Detta är fascinerande nytt protokoll och är väl värt att läsa.
Vad är prognosen för Blockchain-säkerhet?
Inte för oroande, lyckligtvis.
Ja, kvantberäkning kan potentiellt stava katastrof för kryptovaluta men industrin tar redan vapen mot detta hot. Det är fortfarande mycket tidigt i livslängden för båda teknikerna och det kan till och med hjälpa dem båda i stort sett om de tävlar sida vid sida. Den överhängande ankomsten av kvantdatorer tvingar kryptering och kryptovalutaexperter att förbereda sig för det, vilket bara förbättrar dess funktioner och chanser att överleva.
Svaret är då att du inte behöver panik. Det kan hända att kvantberäkning vinner, men de förebyggande ansträngningarna för kryptografi och kryptovalutaexperter ser lovande ut. Enligt min personliga åsikt verkar det inte som att kvantberäkning kommer att förstöra marknaden. Blockchains inneboende värde i så många branscher är en välsignelse som måste tas med båda händerna. Det är svårt att föreställa sig någon som vill släppa det. Det verkar troligt att något försvar mot kvantberäkning kommer att upptäckas eller uppfinnas inom kort.
Om du har egna tankar om kvantberäkning, blockchain-säkerhet eller mynt som hanterar problemet med post-quantum-kryptografi, berätta för oss i kommentarerna nedan.