Autor: Callum Reid, CoinTelegraph; Compilado por: Deng Tong, Jinse Caijing
¿Qué es el chip cuántico Willow de Google?
El chip Willow de Google marca una nueva era de rendimiento cuántico capaz de realizar cálculos complejos, impactando significativamente en diversas industrias, incluida la criptografía.
Con el lanzamiento del chip Willow de 105 qubits de Google, la computación cuántica ha alcanzado un importante hito, siendo este chip fabricado a partir del innovador procesador Sycamore de la compañía.
Resumen de Willow:
105 qubits: Willow casi duplicó el número de qubits de Sycamore, liberando la capacidad de realizar cálculos exponencialmente más complejos. Cada qubit en Willow está diseñado para operar con un tiempo de coherencia mejorado, minimizando el ruido cuántico y mejorando la estabilidad del cálculo.
Ruptura de corrección de errores: uno de los avances más significativos de Willow es su progreso en la corrección de errores cuánticos, un paso clave hacia sistemas cuánticos escalables y tolerantes a fallos. Los investigadores de Google informaron que Willow logró una vida útil lógica de qubit más larga que la de los qubits físicos, demostrando su potencial de rendimiento continuo.
Velocidad y potencia: en pruebas de referencia como el muestreo de circuitos aleatorios (una prueba para demostrar la capacidad de las computadoras cuánticas al resolver problemas complejos), Willow completó en minutos tareas que a las supercomputadoras clásicas les llevaría miles de millones de años. Estos avances destacan la capacidad de este chip para superar a los sistemas clásicos en áreas de problemas específicos.
Computación cuántica frente a computación clásica
La diferencia fundamental entre la computación cuántica y la clásica radica en la forma en que se procesa la información.
Vamos a analizar estas diferencias con más detalle:
Computación clásica: realiza cálculos secuencialmente utilizando bits binarios (0 y 1). Incluso la supercomputadora clásica más rápida puede resolver problemas a través de series lineales.
Computación cuántica: utiliza qubits, que pueden existir en estados de superposición (siendo 0 y 1 al mismo tiempo). Cuando los qubits están entrelazados, se afectan instantáneamente entre sí, permitiendo al sistema procesar múltiples cálculos en paralelo.
Esta paralelización permite a las computadoras cuánticas sobresalir en tareas especializadas como problemas de optimización, simulaciones moleculares y pruebas criptográficas, donde los sistemas clásicos tienden a fallar debido a sus restricciones lineales.
Ejemplo real de la capacidad de cálculo de Willow:
Descubrimiento de fármacos y ciencia de materiales: la capacidad de Willow para simular estados cuánticos permite a los investigadores estudiar interacciones moleculares complejas. Por ejemplo, simular el plegamiento de proteínas (una tarea computacionalmente intensiva) puede realizarse de manera más eficiente utilizando sistemas cuánticos.
Modelado climático: al resolver ecuaciones no lineales a velocidad cuántica, Willow puede modelar sistemas ambientales complejos, proporcionando información sobre estrategias de mitigación del cambio climático.
Problemas de optimización: las capacidades de Willow se extienden a resolver desafíos logísticos, como la optimización de la cadena de suministro y la modelización financiera, reduciendo significativamente el tiempo de solución en comparación con los métodos tradicionales.
La aparición de Willow no solo destaca los avances en computación cuántica, sino que también enfatiza su potencial para resolver desafíos que antes se consideraban insuperables.
¿Cómo podría una computadora cuántica romper teóricamente los algoritmos criptográficos?
Las computadoras cuánticas que utilizan algoritmos como Shor y Grover tienen el potencial de resolver problemas complejos a una velocidad exponencialmente más rápida, socavando los algoritmos criptográficos convencionales.
El lanzamiento de computadoras cuánticas tan potentes como Willow ha suscitado preocupaciones sobre su impacto en la seguridad criptográfica, incluida la influencia del chip Willow en las criptomonedas. Bitcoin y muchos otros sistemas de blockchain dependen de algoritmos criptográficos diseñados para resistir ataques clásicos. Sin embargo, el impacto potencial de la computación cuántica en su seguridad criptográfica ha generado inquietudes.
Importancia de las claves públicas y privadas en la seguridad de Bitcoin
La seguridad de Bitcoin se basa en la criptografía de curva elíptica (ECC), especialmente en el algoritmo de firma digital de curva elíptica (ECDSA), lo que ha suscitado preocupaciones sobre los chips cuánticos y las firmas digitales. La relación entre la clave pública y la clave privada es crucial:
Clave pública: compartida públicamente como dirección para recibir Bitcoin.
Clave privada: mantenida en secreto y utilizada para firmar transacciones, probar propiedad y autorizar flujos de fondos.
La premisa de seguridad detrás de ECDSA se basa en el problema del logaritmo discreto en curvas elípticas (ECDLP), el cual es computacionalmente inalcanzable para las computadoras clásicas. Sin acceso a la clave privada del usuario, es casi imposible falsificar una firma válida o acceder a fondos.
Cómo los algoritmos cuánticos amenazan la criptografía
Sin embargo, las computadoras cuánticas podrían socavar este marco de seguridad. Dos algoritmos cuánticos clave destacan los riesgos:
Algoritmo de Shor: puede romper sistemas de cifrado como ECC al resolver rápidamente problemas como la factorización de enteros, lo que permite derivar claves privadas de claves públicas.
Algoritmo de Grover: proporciona aceleración cuadrática para ataques de fuerza bruta contra funciones hash. En el caso de Bitcoin, esto reduciría la efectividad de SHA-256 (utilizado en el consenso de prueba de trabajo) de 256 bits a 128 bits. Aunque esto sigue siendo seguro según los estándares actuales, resalta las vulnerabilidades potenciales en sistemas más débiles de otras funciones hash.
Energía cuántica necesaria para romper Bitcoin
Romper las defensas criptográficas de Bitcoin está muy por encima de la capacidad de las computadoras cuánticas actuales, incluyendo Willow. Según la investigación publicada en el (Ledger Journal):
Qubits lógicos requeridos: para ejecutar efectivamente el algoritmo de Shor se necesitan al menos 1,500 a 3,000 qubits lógicos tolerantes a fallos.
Qubits físicos requeridos: dada la tasa de error actual, esto equivale a decenas de millones de qubits físicos para la corrección de errores.
Como enfatizó Alan Watts, los sistemas actuales todavía están en la fase de 'ruido cuántico de escala media' (NISQ, término propuesto por el físico teórico estadounidense John Preskill), donde los errores y la inestabilidad limitan sus aplicaciones prácticas.
Mecanismos de defensa actuales de Bitcoin
La seguridad de Bitcoin depende de algoritmos criptográficos avanzados diseñados para resistir ataques clásicos, asegurando una fuerte protección sobre las transacciones y la red blockchain.
El diseño criptográfico de Bitcoin lo convierte en uno de los sistemas descentralizados más seguros. Su defensa se basa en algoritmos robustos que son computacionalmente inalcanzables para la computación clásica. Vamos a revisar las medidas clave de seguridad y si el chip cuántico Willow de Google representa alguna amenaza real para ellas.
ECDSA y SHA-256: el núcleo de la seguridad de Bitcoin
Como se mencionó, el sistema de transacciones de Bitcoin depende de ECDSA para generar y verificar firmas digitales. Además, el mecanismo de consenso PoW de Bitcoin utiliza SHA-256 (una función hash criptográfica) para proteger la blockchain:
Los mineros resuelven desafíos computacionales relacionados con SHA-256 para agregar nuevos bloques a la blockchain.
Las funciones hash están diseñadas para ser irreversibles, lo que significa que es computacionalmente inviable hacer ingeniería inversa a los datos de entrada a partir de su salida hash.
¿Representa Willow una amenaza para Bitcoin?
Aunque el chip cuántico Willow de Google marca un hito importante en la computación cuántica con sus 105 qubits, actualmente no representa una amenaza directa para el sistema de cifrado de Bitcoin. Romper el ECDSA o SHA-256 de Bitcoin requeriría al menos de 1,500 a 3,000 qubits lógicos tolerantes a fallos, muy por encima de la capacidad de Willow. Como se mencionó, la escalabilidad de los sistemas cuánticos actuales aún no es suficiente para desafiar la sólida defensa de Bitcoin.
La estructura criptográfica jerárquica de Bitcoin combina ECDSA y SHA-256, asegurando su capacidad para resistir la tecnología cuántica actual. Puede considerar la fase NISQ de Willow, donde los errores y la inestabilidad limitan sus aplicaciones prácticas. Esta brecha tecnológica asegura actualmente la seguridad de las medidas de protección criptográfica de Bitcoin.
Respuesta de la comunidad cripto y criptógrafos sobre si Willow representa una amenaza para la seguridad de Bitcoin
Reconociendo la amenaza final que representa la computación cuántica, la industria de las criptomonedas ha comenzado activamente a investigar y desarrollar sistemas criptográficos resistentes a la cuántica.
Esfuerzos continuos en criptografía post-cuántica
El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de EE. UU. ha estado liderando la estandarización de algoritmos de criptografía post-cuántica (PQC). Estos algoritmos están diseñados para resistir ataques clásicos y cuánticos. Los algoritmos candidatos finales incluyen:
Criptografía basada en retículos: algoritmos como CRYSTALS-Dilithium y Kyber dependen de estructuras de retículo que pueden resistir ataques cuánticos de manera segura.
Firmas basadas en hash: estas firmas utilizan hash criptográficos, siendo más resistentes a algoritmos cuánticos como Shor o Grover.
Una vez que se finalicen, estos estándares pueden integrarse en Bitcoin y otros sistemas de blockchain para garantizar su seguridad.
Recomendaciones de Vitalik Buterin sobre la seguridad de Ethereum
Vitalik Buterin, cofundador de Ethereum, ha sido claro sobre la necesidad de prepararse para los riesgos cuánticos. Las recomendaciones clave incluyen:
Firmas de Lamport: un esquema de firma de un solo uso resistente a la cuántica, fácil de implementar, pero que requiere más espacio de almacenamiento.
Flexibilidad de transición: la estructura modular de Ethereum permite adoptar nuevos estándares criptográficos más rápidamente que Bitcoin. Por ejemplo, Ethereum podría integrar algoritmos post-cuánticos actualizando su mecanismo de consenso.
El enfoque proactivo de Buterin proporciona un modelo para otros proyectos de blockchain.
Investigaciones más amplias de la industria
Criptógrafos y investigadores destacados están contribuyendo al desarrollo de tecnologías resistentes a la cuántica:
Adam Back: pionero en criptografía de blockchain, Back enfatiza la importancia de integrar PQC (criptografía post-cuántica) en el protocolo de Bitcoin sin comprometer su naturaleza descentralizada.
Bill Buchanan: su trabajo en criptografía basada en retículos y sistemas de seguridad proporciona soluciones sólidas para resistir ataques cuánticos.
Muchos proyectos de blockchain también están explorando modelos híbridos que combinan la criptografía existente con algoritmos resistentes a la cuántica, para asegurar una transición fluida cuando las computadoras cuánticas se vuelvan prácticas.
¿Cuál es la clave?: el impacto potencial de los avances cuánticos
Los avances cuánticos podrían impactar la seguridad de la blockchain, planteando riesgos de compromiso de billeteras y volatilidad del mercado, al mismo tiempo que impulsan los avances en defensas criptográficas.
El auge de la computación cuántica presenta riesgos y oportunidades cuánticas para Bitcoin y el ecosistema más amplio de criptomonedas. Comprender estos impactos es crucial para los interesados.
Riesgos potenciales
Compromiso de billetera:
Una computadora cuántica completamente escalable y tolerante a fallos podría derivar claves privadas de claves públicas, lo que permitiría accesos no autorizados a las carteras.
Si esto ocurriera, los fondos podrían ser robados, lo que socavaría la confianza en la seguridad de Bitcoin.
Inestabilidad de la red:
El miedo a las vulnerabilidades cuánticas podría provocar pánico en el mercado, afectando el precio y la adopción de Bitcoin.
Históricamente, incluso los riesgos tecnológicos percibidos (como bifurcaciones o errores de protocolo) pueden causar grandes fluctuaciones en el precio de Bitcoin.
Consenso con retraso:
Si un ataque cuántico comprometiera el mecanismo de PoW de Bitcoin, podría resultar en una disminución de la velocidad de verificación de transacciones o en una fractura de la red.
Progresos positivos
A pesar de los grandes riesgos, la postura proactiva de la industria criptográfica y los avances en defensas criptográficas ofrecen perspectivas positivas:
La línea de tiempo favorece la criptografía: se cree comúnmente que las computadoras cuánticas relacionadas con la criptografía todavía necesitarán de 10 a 20 años, lo que brinda tiempo suficiente a la comunidad criptográfica para transitar a estándares resistentes a la cuántica.
Avances en criptografía: los algoritmos post-cuánticos no son estáticos, sino que están en rápida evolución. Los investigadores creen que el ritmo de innovación criptográfica superará los avances cuánticos.
Fortaleciendo la postura de seguridad: integrar PQC en los sistemas de blockchain podría hacerlos más seguros contra amenazas cuánticas y clásicas, abordando las amenazas cuánticas a la seguridad de Bitcoin y aumentando la confianza en las finanzas descentralizadas.
Estabilidad del mercado y oportunidades
Planificación de la transición: los proyectos que describen de manera transparente su estrategia de transición cuántica pueden atraer una mayor confianza de los inversores.
Catalizadores de innovación: los avances cuánticos pueden impulsar la innovación en blockchain, como billeteras seguras cuánticas y sistemas descentralizados optimizados para entornos post-cuánticos, abordando el impacto de los chips cuánticos en la blockchain.
Finalmente, dado que las computadoras cuánticas relacionadas con la criptografía aún necesitan varios años, la industria de la criptografía tiene tiempo para adaptarse y asegurar un futuro descentralizado más fuerte y seguro.