Computação quântica para executar modelos econômicos na adoção de criptomoedas

De acordo com muitos relatos, a computação quântica (QC), que usa “spin” atômico em vez de uma carga elétrica para representar seus 1s e 0s binários, está evoluindo a uma taxa exponencial. Se o QC for realizado em escala, poderá ser uma benção para a sociedade humana, ajudando a melhorar o rendimento das colheitas, projetar medicamentos melhores e projetar aviões mais seguros, entre outros benefícios. 

O setor de criptomoedas também pode lucrar. Na semana passada, por exemplo, um projeto encomendado pelo Banco do Canadá simulou a adoção de criptomoedas entre organizações financeiras canadenses usando computação quântica. 

“Queríamos testar o poder da computação quântica em um caso de pesquisa difícil de resolver usando técnicas de computação clássicas”, disse Maryam Haghighi, diretora de ciência de dados do Banco do Canadá, em um comunicado à imprensa. 

Mas outros temem que a computação quântica, dado seu extraordinário poder de “força bruta”, também possa quebrar a estrutura criptográfica do blockchain, que serviu ao Bitcoin (BTC) tão bem desde a sua criação. De fato, alguns dizem que é apenas uma questão de tempo até que os computadores quânticos sejam capazes de identificar os enormes números primos que são os principais constituintes de uma chave privada BTC – supondo que nenhuma contramedida seja desenvolvida. 

Nessa linha, um artigo recentemente publicado calculado quanto poder quântico seria necessário para duplicar uma chave privada BTC, ou seja, “o número de qubits físicos necessários para quebrar a criptografia de curva elíptica de 256 bits das chaves na rede Bitcoin”, conforme explicado pelos autores do artigo, que são associado à Universidade de Sussex. 

Com certeza, essa não será uma tarefa fácil. O algoritmo do Bitcoin que converte chaves públicas em chaves privadas é “unidirecional”, o que significa que é fácil gerar uma chave pública a partir de uma chave privada, mas virtualmente impossível derivar uma chave privada de uma chave pública usando computadores atuais. 

Além disso, tudo isso teria que ser feito em cerca de 10 minutos, o tempo médio que uma chave pública fica exposta ou vulnerável na rede Bitcoin. Ele também assume que a chave pública é idêntica ao endereço BTC, como era a maioria nos primeiros dias do Bitcoin antes de se tornar uma prática comum usar o algoritmo KECCAK para “hash” chaves públicas para gerar endereços BTC. Estima-se que cerca de um quarto do Bitcoin existente esteja usando chaves públicas sem hash.

Dadas essas restrições, os autores estimam que 1.9 bilhão de qubits seriam necessários para penetrar em uma única chave privada Bitcoin em 10 minutos. Qubits, ou bits quânticos, são análogos aos “bits” na computação clássica. Em comparação, a maioria dos computadores proto-QC de hoje pode reunir de 50 a 100 qubits, embora o processador quântico Eagle de última geração da IBM possa gerenciar 127 qubits. 

Dito de outra forma, são 127 qubits contra os 1.9 bilhões necessários para quebrar a segurança do Bitcoin usando um computador quântico de íons presos em larga escala, conforme proposto no artigo da AVS Quantum Science.

Mark Webber, arquiteto quântico da Universal Quantum, uma empresa derivada da Universidade de Sussex, e principal autor do artigo, dito, “Nosso requisito estimado […] sugere que o Bitcoin deve ser considerado seguro contra um ataque quântico por enquanto, mas as tecnologias de computação quântica estão escalando rapidamente com avanços regulares que afetam essas estimativas e as tornam um cenário muito possível nos próximos 10 anos”. 

A ameaça é real?

A segurança do Bitcoin poderia realmente ser quebrada? “Acho que os computadores quânticos podem quebrar a criptomoeda”, disse Takaya Miyano, professor de engenharia mecânica da Universidade Ritsumeikan do Japão, ao Cointelegraph: “Embora, não em alguns anos, mas em 10 a 20 anos”.

Miyano liderou recentemente uma equipe que desenvolveu uma cifra de fluxo baseada no caos projetada para resistir a ataques de computadores quânticos de grande escala.

David Chaum, escrevendo no ano passado para o Cointelegraph, também soou o alarme – não apenas para criptografia mas também para a sociedade em geral:

“Talvez mais aterrorizante para uma sociedade tão dependente da internet, a computação em nível quântico coloca todas as nossas infraestruturas digitais em risco. Nossa internet contemporânea é construída em criptografia⁠ – o uso de códigos e chaves para proteger a comunicação privada e o armazenamento de dados.”

Enquanto isso, para criptomoedas como Bitcoin e Ether (ETH), “para quem esse conceito é fundamental, um computador quântico suficientemente poderoso pode significar o roubo de bilhões de dólares em valor ou a destruição de toda uma blockchain”, continuou Chaum.

Existem mais de 4 milhões de BTC “que são potencialmente vulneráveis ​​a um ataque quântico”, empresa de consultoria Deloitte estimativas, um número que inclui proprietários que usam chaves públicas sem hash ou que estão reutilizando endereços BTC, outra prática imprudente. A preços de mercado atuais, isso equivale a cerca de US$ 171 bilhões em risco. 

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“Pessoalmente, acho que no momento não podemos fazer uma boa estimativa” do tempo que levará até que os computadores quânticos possam quebrar a criptografia do BTC, Itan Barmes, líder de segurança quântica da Deloitte Holanda e membro do projeto no Fórum Econômico Mundial, disse ao Cointelegraph. Mas, muitos especialistas hoje estimam 10-15 anos, disse ele. Muitas dessas estimativas também são para quebrar a criptografia sem restrições de tempo. Fazer tudo em 10 minutos será mais difícil.

Outras criptomoedas, não apenas Bitcoin, também podem ser vulneráveis, incluindo aquelas com mecanismos de validação de prova de participação (PoS); O Bitcoin usa um protocolo de prova de trabalho (PoW). “Se o protocolo blockchain expor chaves públicas por um tempo suficientemente longo, ele se tornará automaticamente vulnerável a ataques quânticos”, disse Marek Narozniak, físico e membro do grupo de pesquisa quântica de Tim Byrnes na Universidade de Nova York, ao Cointelegraph. “Isso pode permitir que um invasor forje transações ou personifique a identidade dos produtores de blocos para sistemas PoS.” 

Hora de preparar

Parece que a indústria de criptomoedas pode ter cerca de uma década para se preparar para um potencial ataque de controle de qualidade, e isso é crucial. Narozniak observou:

“Há tempo mais do que suficiente para desenvolver padrões de criptografia seguros quânticos e elaborar bifurcações adequadas para os protocolos de blockchain atualmente usados”.

Quando perguntado se ele estava confiante de que a criptografia pós-quântica será desenvolvida a tempo de impedir os hackers antes que a barreira de 10 minutos seja quebrada, Barmes da Deloitte fez referência a um artigo mais recente que ele co-autoria sobre riscos quânticos para a blockchain Ethereum que descreve dois tipos de ataques: um ataque de armazenamento e um ataque de trânsito. O primeiro “é menos complicado de executar, mas para se defender dele, você não precisa necessariamente substituir o algoritmo de criptografia”. Por outro lado, ele disse ao Cointelegraph:

“O ataque de trânsito é muito mais difícil de executar e também é muito mais difícil de se proteger. Existem alguns algoritmos candidatos que se acredita serem resistentes a ataques quânticos. No entanto, todos eles têm desvantagens de desempenho que podem ser prejudiciais à aplicabilidade e escalabilidade do blockchain.”

Uma corrida de braço?

O que está se desenrolando nessa área, então, parece ser uma espécie de corrida armamentista – à medida que os computadores se tornam mais poderosos, algoritmos defensivos terão que ser desenvolvidos para enfrentar a ameaça. 

“Esse padrão geral não é realmente novo para nós”, disse Narozniak. “Vemos isso em outros setores também.” Inovações são introduzidas e outras tentam roubá-las, então são desenvolvidos mecanismos de proteção à pirataria, que provocam dispositivos de roubo ainda mais inteligentes. 

“O que torna este caso de criptografia quântica um pouco diferente é que os algoritmos quânticos impõem uma mudança mais drástica. Afinal, esses dispositivos são baseados em física diferente e, para certos problemas, oferecem complexidade computacional diferente”, acrescentou Narozniak.

De fato, o QC faz uso de uma qualidade estranha da mecânica quântica pela qual um elétron ou partícula atômica pode estar em dois estados ao mesmo tempo. Na computação clássica, uma carga elétrica representa a informação como 0 ou 1 e isso é fixo, mas na computação quântica, uma partícula atômica pode ser tanto 0 quanto 1, ou 1 e 1, ou 0 e 0. 1994, etc. Se essa qualidade única puder ser aproveitada, o poder de computação explodirá muitas vezes, e o desenvolvimento do QC, emparelhado com o algoritmo de Shor - descrito pela primeira vez em XNUMX como uma possibilidade teórica, mas que em breve será uma realidade de amplo alcance, muitos acreditam - também ameaça para quebrar a criptografia RSA, que é usada em grande parte da Internet, incluindo sites e e-mail. 

“Sim, é uma corrida de armas muito difícil e emocionante”, disse Miyano ao Cointelegraph. “Os ataques – incluindo ataques de canal lateral – a criptossistemas estão se tornando cada vez mais poderosos, devido ao progresso nos computadores e algoritmos matemáticos executados nas máquinas. Qualquer criptosistema pode ser quebrado de repente por causa do surgimento de um algoritmo incrivelmente poderoso.”

Simulando relacionamentos financeiros 

No entanto, não se deve necessariamente assumir que o impacto da computação quântica no setor de criptografia será totalmente deletério. Samuel Mugel, diretor de tecnologia da Multiverse Computing, a empresa que liderou o programa acima mencionado no Bank of Canada, explicou que no piloto, eles foram capazes de simular uma rede de relacionamentos financeiros em que as decisões que uma empresa poderia tomar eram altamente dependente das decisões de outras empresas, explicando ainda ao Cointelegraph:

“Redes de teoria dos jogos como essa são muito difíceis de serem resolvidas por supercomputadores normais porque comportamentos mais otimizados podem passar despercebidos. Os computadores quânticos têm maneiras de lidar com esse tipo de problema de forma mais eficiente.”

Dispositivos baseados na mecânica quântica oferecem potencialmente outras possibilidades únicas, acrescentou Narozniak, “Por exemplo, ao contrário dos estados clássicos, os estados quânticos não podem ser copiados. Se os tokens digitais fossem representados usando os estados quânticos, o teorema de não clonagem os protegeria automaticamente de serem gastos duas vezes.”

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O emaranhamento quântico também pode ser usado para garantir contratos inteligentes quânticos, disse Narozniak. “Os tokens podem ficar emaranhados durante a execução do contrato, tornando ambas as partes vulneráveis ​​a eventuais perdas se o contrato inteligente não for executado conforme acordado.”

Desenvolvimento de criptografia pós-quântica

Em suma, a ameaça ao criptoverso da computação quântica parece real, mas seria necessário um enorme poder para violar a criptografia subjacente da criptografia, e os hackers também teriam que trabalhar sob restrições de tempo rigorosas – tendo apenas 10 minutos para penetrar uma chave privada BTC, por exemplo. A realidade de quebrar a criptografia de curva elíptica do Bitcoin através do uso da computação quântica também está a pelo menos uma década de distância. Mas, a indústria precisa começar agora no desenvolvimento de dissuasores. “Eu diria que devemos estar prontos a tempo, mas precisamos começar a trabalhar seriamente nisso”, disse Barmes.

De fato, uma quantidade substancial de pesquisas está ocorrendo agora “em criptografia pós-quântica”, disse Dawn Song, professora da divisão de ciência da computação da Universidade da Califórnia, Berkeley, ao Cointelegraph, acrescentando:

“É importante desenvolvermos criptografia resistente ao quantum, ou pós-quântica, para que tenhamos as alternativas prontas quando os computadores quânticos forem poderosos o suficiente na realidade”.