Kvantecomputere udgør en overhængende trussel mod Bitcoin-sikkerhed

Bitcoin tager verden med storm. Den decentraliserede digitale valuta er en sikker betalingsplatform, som alle kan bruge. Den er fri for statslig indblanding og drives af et åbent peer-to-peer-netværk.

Denne uafhængighed er en af ​​grundene til, at Bitcoin er blevet så populær, hvilket får dens værdi til at stige stejlt. I begyndelsen af ​​2017 var en enkelt bitcoin værd omkring $1.000. I november 2017 var dette steget til omkring $7.000. Faktisk er den samlede værdi af cryptocurrency-markedet omkring 150 milliarder dollars.

Et afgørende træk ved Bitcoin er dets sikkerhed. Bitcoins har to vigtige sikkerhedsfunktioner, der forhindrer dem i at blive stjålet eller kopieret. Begge er baseret på kryptografiske protokoller, der er svære at knække. Med andre ord udnytter de matematiske funktioner, som faktorisering, der er lette i den ene retning, men svære i den anden - i det mindste for en almindelig klassisk computer.

Men der er et problem i horisonten. Kvantecomputere kan nemt løse disse problemer. Og de første kvantecomputere er i øjeblikket under udvikling.

Det rejser et presserende spørgsmål: Hvor sikker er Bitcoin over for den slags kvanteangreb, der vil være mulige i de næste par år?

I dag får vi et svar takket være Divesh Aggarwals arbejde ved National University of Singapore og et par venner. Disse fyre har studeret truslen mod Bitcoin fra kvantecomputere og siger, at faren er reel og overhængende.

Først lidt baggrund. Bitcoin-transaktioner gemmes i en distribueret hovedbog, der samler alle de handler, der er udført i en bestemt tidsperiode, normalt omkring 10 minutter. Denne samling, kaldet en blok, indeholder også en kryptografisk hash af den forrige blok, som indeholder en kryptografisk hash af den før det, og så videre i en kæde. Deraf udtrykket blockchain.

(En hash er en matematisk funktion, der forvandler et sæt data af enhver længde til et sæt med specifik længde.)

Den nye blok skal også indeholde et nummer kaldet en nonce, der har en særlig egenskab. Når denne nonce hashes eller kombineres matematisk med indholdet af blokken, skal resultatet være mindre end en bestemt målværdi.

I betragtning af nonce- og blokindholdet er dette nemt at vise, hvilket giver enhver mulighed for at bekræfte blokeringen. Men at generere nonce er tidskrævende, da den eneste måde at gøre det på er ved brutal force - at prøve numre efter hinanden, indtil en nonce er fundet.

Denne proces med at finde en nonce, kaldet minedrift, belønnes med Bitcoins. Minedrift er så beregningsintensivt, at opgaven normalt er delt på mange computere, der deler belønningen.

Blokken placeres derefter på den distribuerede hovedbog og, når den er valideret, inkorporeret i blockchain. Minearbejderne begynder derefter at arbejde på den næste blok.

Lejlighedsvis finder to minegrupper forskellige nonces og erklærer to forskellige blokke. Bitcoin-protokollen siger, at i dette tilfælde vil den blok, der er blevet arbejdet mere på, blive inkorporeret i kæden og den anden kasseret.

Denne proces har en akilleshæl. Hvis en gruppe minearbejdere kontrollerer mere end 50 procent af regnekraften på netværket, kan den altid mine blokke hurtigere end den, der har de øvrige 49 procent. I så fald styrer den effektivt hovedbogen.

Hvis det er ondsindet, kan det bruge bitcoins to gange, ved at slette transaktioner, så de aldrig bliver inkorporeret i blockchain. De andre 49 procent af minearbejdere er ikke desto klogere, fordi de ikke har noget overblik over minedriftsprocessen.

Det skaber en mulighed for en ondsindet ejer af en kvantecomputer sat til at arbejde som en Bitcoin-minearbejder. Hvis denne beregningskraft bryder tærsklen på 50 procent, kan den gøre, hvad den vil.

Så Aggarwal og co undersøger specifikt sandsynligheden for, at en kvantecomputer bliver så kraftfuld på netværket. De ser på de forventede clock-hastigheder for kvantecomputere i de næste 10 år og sammenligner det med den sandsynlige kraft af konventionel hardware.

Deres konklusion vil være en lettelse for Bitcoin-minearbejdere verden over. Aggarwal og co siger, at de fleste minedrift udføres af applikationsspecifikke integrerede kredsløb (ASIC'er) lavet af virksomheder som Nvidia. Denne hardware vil sandsynligvis opretholde en hastighedsfordel i forhold til kvantecomputere i løbet af de næste 10 år eller deromkring.

Vi finder ud af, at det bevis-på-arbejde, der bruges af Bitcoin, er relativt modstandsdygtigt over for betydelige hastigheder af kvantecomputere i de næste 10 år, hovedsageligt fordi specialiserede ASIC-minearbejdere er ekstremt hurtige sammenlignet med den estimerede clock-hastighed for kortsigtede kvantecomputere, siger de. .

Men der er en anden trussel, der er meget mere bekymrende. Bitcoin har en anden kryptografisk sikkerhedsfunktion for at sikre, at kun ejeren af ​​en Bitcoin kan bruge den. Dette er baseret på den samme matematik, der bruges til krypteringssystemer med offentlig nøgle.

Ideen er, at ejeren genererer to numre - en privat nøgle, der er hemmelig, og en offentlig nøgle, der offentliggøres. Den offentlige nøgle kan nemt genereres fra den private nøgle, men ikke omvendt. En signatur kan bruges til at verificere, at ejeren er i besiddelse af den private nøgle, uden at afsløre den private nøgle, ved hjælp af en teknik kendt som et elliptisk kurvesignaturskema.

På denne måde kan modtageren verificere, at ejeren besidder den private nøgle og derfor har ret til at bruge Bitcoinen.

Den eneste måde at snyde dette system på er at beregne den private nøgle ved hjælp af den offentlige nøgle, hvilket er ekstremt svært med konventionelle computere. Men med en kvantecomputer er det nemt.

Og det er sådan, kvantecomputere udgør en betydelig risiko for Bitcoin. Den elliptiske kurve-signaturordning, der bruges af Bitcoin, er meget mere udsat og kan blive fuldstændig brudt af en kvantecomputer allerede i 2027, siger Aggarwal og co.

Faktisk udgør kvantecomputere en lignende risiko for alle krypteringssystemer, der bruger en lignende teknologi, som omfatter mange almindelige former for kryptering.

Der er offentlige nøgleordninger, der er modstandsdygtige over for angreb fra kvantecomputere. Så det er tænkeligt, at Bitcoin-protokollerne kunne revideres for at gøre systemet mere sikkert. Men det er der ingen planer om at gøre nu.

Bitcoin er ikke fremmed for kontroverser. Det har klaret forskellige storme over sin sikkerhed. Men det er ingen garanti for, at det vil klare sig godt i fremtiden. Én ting er sikker: presset for at ændre sig vil stige, efterhånden som de første kraftfulde kvantecomputere kommer online i de næste par år.

Ref: arxiv.org/abs/1710.10377 : Kvanteangreb på Bitcoin, og hvordan man beskytter sig mod dem

skjule