Autor: Callum Reid, CoinTelegraph; traducción: Deng Tong, Jinse Finance
I. ¿Qué es el chip cuántico Willow de Google?
El chip Willow de Google marca el comienzo de una nueva era en el rendimiento cuántico, capaz de realizar cálculos complejos y tener un impacto significativo en diversas industrias, incluida la criptografía.
Con el lanzamiento del chip Willow de 105 qubits por parte de Google, la computación cuántica ha alcanzado un hito importante, basado en el procesador Sycamore de la compañía.
Resumen de Willow:
105 qubit: Willow casi duplica el número de qubits de Sycamore, liberando la capacidad de procesar 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 de los cálculos.
Avances en corrección de errores: uno de los logros más significativos de Willow es su progreso en la corrección cuántica de errores, un paso crucial hacia sistemas cuánticos escalables y tolerantes a fallos. Los investigadores de Google informan que Willow logró una vida útil lógica de qubit más larga que los qubits físicos, demostrando su potencial de rendimiento sostenido.
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.
II. Computación cuántica vs. computación clásica
La diferencia fundamental entre la computación cuántica y la clásica radica en la forma en que se procesa la información.
Vamos a profundizar en estas diferencias:
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 simultáneamente). Cuando los qubits están entrelazados, afectan instantáneamente entre sí, permitiendo que el sistema realice múltiples cálculos en paralelo.
Esta paralelización permite a las computadoras cuánticas sobresalir en tareas especializadas como la optimización de problemas, simulaciones moleculares y pruebas criptográficas, donde los sistemas clásicos tienen un rendimiento deficiente debido a sus limitaciones lineales.
Ejemplos reales de la capacidad de cómputo 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 que requiere mucho cálculo) puede realizarse de manera más eficiente utilizando sistemas cuánticos.
Modelado climático: al resolver ecuaciones no lineales a la velocidad cuántica, Willow puede modelar sistemas ambientales complejos, proporcionando información sobre estrategias para mitigar el 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 resolución en comparación con los métodos tradicionales.
El debut de Willow no solo destaca los avances en la computación cuántica, sino que también resalta su potencial para abordar desafíos que antes se consideraban insuperables.
III. Cómo las computadoras cuánticas podrían romper algoritmos criptográficos en teoría
Las computadoras cuánticas utilizando algoritmos como Shor y Grover tienen el potencial de resolver problemas complejos a una velocidad exponencialmente más rápida, amenazando así los algoritmos criptográficos tradicionales.
El lanzamiento de computadoras cuánticas potentes como Willow ha suscitado preocupaciones sobre su impacto en la seguridad criptográfica, incluyendo el efecto del chip Willow en las criptomonedas. Bitcoin y muchos otros sistemas de blockchain dependen de algoritmos criptográficos diseñados para resistir ataques clásicos. Sin embargo, la computación cuántica plantea preocupaciones sobre su impacto potencial en la seguridad criptográfica.
Importancia de las claves públicas y privadas en la seguridad de Bitcoin
La seguridad de Bitcoin se basa en criptografía de curvas elípticas (ECC), específicamente el algoritmo de firma digital de curvas elípticas (ECDSA), lo que ha generado preocupaciones sobre la relación entre los chips cuánticos y las firmas digitales. La relación entre la clave pública y la 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.
El supuesto de seguridad detrás de ECDSA se basa en el problema del logaritmo discreto en curvas elípticas (ECDLP), que es computacionalmente intractable 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 desmantelar este marco de seguridad. Dos algoritmos cuánticos clave destacan los riesgos involucrados:
Algoritmo de Shor: puede romper sistemas criptográficos como ECC al resolver problemas de factorización de enteros rápidamente, lo que permite derivar la clave privada de la clave pública.
Algoritmo de Grover: proporciona una aceleración cuadrática para romper funciones hash. En el caso de Bitcoin, esto reduciría la efectividad de SHA-256 (utilizada en el consenso de prueba de trabajo) de 256 bits a 128 bits. Aunque esto sigue siendo seguro según los estándares actuales, destaca las posibles vulnerabilidades en sistemas con funciones hash más débiles.
La energía cuántica necesaria para romper Bitcoin
Romper las defensas criptográficas de Bitcoin está mucho más allá de la capacidad de las computadoras cuánticas actuales, incluida Willow. Según la investigación publicada en el (Ledger Journal):
Qubits lógicos necesarios: Para ejecutar eficazmente el algoritmo de Shor se necesitan al menos entre 1,500 y 3,000 qubits lógicos tolerantes a errores.
Qubits físicos necesarios: Dado el actual nivel de errores, esto se traduce en decenas de millones de qubits físicos para corrección de errores.
Como destacó Alan Watts, los sistemas actuales todavía se encuentran en la etapa de 'ruido cuántico a escala intermedia' (NISQ), un término propuesto por el físico teórico estadounidense John Preskill, donde los errores e inestabilidades limitan sus aplicaciones prácticas.
IV. Mecanismos de defensa actuales de Bitcoin
La seguridad de Bitcoin depende de algoritmos criptográficos avanzados diseñados para resistir ataques clásicos, asegurando una protección robusta para 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 no pueden ser quebrantados computacionalmente utilizando computación clásica. Exploremos las medidas clave de seguridad y si el chip cuántico Willow de Google representa alguna amenaza tangible para ellas.
ECDSA y SHA-256: el núcleo de la seguridad de Bitcoin
Como se mencionó anteriormente, el sistema de transacciones de Bitcoin se basa en 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 problemas 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 realizar ingeniería inversa de los datos de entrada a partir de su salida hash.
¿Representa Willow una amenaza para Bitcoin?
A pesar de que el chip cuántico Willow de Google, con sus 105 qubits, marca un importante hito en la computación cuántica, actualmente no representa una amenaza directa para el sistema criptográfico de Bitcoin. Romper ECDSA o SHA-256 de Bitcoin requeriría al menos entre 1,500 y 3,000 qubits lógicos tolerantes a errores, mucho más allá de la capacidad de Willow. Como se mencionó, la escalabilidad de los sistemas cuánticos actuales no es suficiente para desafiar la poderosa capacidad defensiva de Bitcoin.
La estructura criptográfica jerárquica de Bitcoin combina ECDSA y SHA-256, asegurando su capacidad de resistencia ante la tecnología cuántica actual. Puede considerar a Willow en la etapa NISQ, donde los errores y la inestabilidad limitan sus aplicaciones prácticas. Esta brecha tecnológica garantiza actualmente la seguridad de las medidas de protección criptográficas de Bitcoin.
V. La respuesta de la comunidad criptográfica y los criptógrafos sobre si Willow amenaza la seguridad de Bitcoin
Reconociendo la amenaza final que plantea la computación cuántica, la industria de las criptomonedas ha comenzado activamente a investigar y desarrollar sistemas criptográficos resistentes a cuánticos.
Esfuerzos continuos en criptografía post-cuántica
El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de EE. UU. ha estado liderando el trabajo de estandarización de algoritmos post-cuánticos (PQC). Estos algoritmos están diseñados para resistir ataques clásicos y cuánticos. Los candidatos finales incluyen:
Criptografía basada en retículas: algoritmos como CRYSTALS-Dilithium y Kyber dependen de estructuras de retículas que pueden resistir ataques cuánticos de manera segura.
Firmas basadas en hash: estas firmas utilizan hashes criptográficos que son más resistentes a algoritmos cuánticos como Shor o Grover.
Una vez que se establezcan, estos estándares pueden integrarse en Bitcoin y otros sistemas de blockchain para garantizar su seguridad.
Recomendaciones de Vitalik Buterin para la seguridad de Ethereum
Vitalik Buterin, cofundador de Ethereum, ha sido muy claro sobre la necesidad de prepararse para los riesgos cuánticos. Las recomendaciones clave incluyen:
Firma de Lamport: un esquema de firma única resistente a cuánticos, fácil de implementar, pero que requiere más espacio de almacenamiento.
Flexibilidad de transición: la estructura modular de Ethereum le permite adoptar nuevos estándares criptográficos más rápido que Bitcoin. Por ejemplo, Ethereum podría integrar algoritmos post-cuánticos mediante actualizaciones en su mecanismo de consenso.
El enfoque proactivo de Buterin proporciona un modelo para otros proyectos de blockchain.
Investigación más amplia en la industria
Criptógrafos e investigadores destacados están contribuyendo al desarrollo de tecnologías resistentes a cuánticos:
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 retículas y sistemas de seguridad proporciona soluciones robustas contra ataques cuánticos.
Muchos proyectos de blockchain también están explorando modelos híbridos que combinan criptografía existente con algoritmos resistentes a cuánticos para asegurar una transición fluida cuando las computadoras cuánticas se vuelvan prácticas.
VI. ¿Cuál es la clave?: el impacto potencial de los avances cuánticos
Los avances cuánticos pueden afectar la seguridad de blockchain, introduciendo riesgos de compromisos de billetera y volatilidad del mercado, al tiempo que impulsan el progreso en la defensa criptográfica.
El auge de la computación cuántica presenta riesgos y oportunidades para Bitcoin y el ecosistema más amplio de criptomonedas. Comprender estos impactos es crucial para los interesados.
Riesgos potenciales
Compromiso de la billetera:
Las computadoras cuánticas completamente escalables y tolerantes a fallos podrían derivar claves privadas de claves públicas, lo que permitiría un acceso no autorizado a la billetera.
Si esto ocurriera, los fondos podrían ser robados, socavando la confianza en la seguridad de Bitcoin.
Inestabilidad de la red:
El miedo a las vulnerabilidades cuánticas podría causar pánico en el mercado, afectando el precio y la adopción de Bitcoin.
Históricamente, incluso los riesgos tecnológicos percibidos (como bifurcaciones o errores de protocolo) han llevado a grandes oscilaciones en el precio de Bitcoin.
Consenso retardado:
Si un ataque cuántico socava el mecanismo PoW de Bitcoin, podría ralentizar la velocidad de verificación de transacciones o causar divisiones en la red.
Progresos positivos
A pesar de los grandes riesgos, la postura positiva de la industria de las criptomonedas y los avances en defensa criptográfica ofrecen perspectivas alentadoras:
La línea de tiempo favorece la criptografía: los expertos generalmente creen que las computadoras cuánticas relacionadas con la criptografía necesitarán al menos entre 10 y 20 años, lo que proporciona tiempo suficiente para que la comunidad criptográfica haga la transición a estándares resistentes a cuánticos.
Avances en criptografía: los algoritmos post-cuánticos no son estáticos, sino que están en rápida evolución. Los investigadores creen que el ritmo de la innovación criptográfica superará los avances cuánticos.
Fortalecimiento de la seguridad: integrar PQC en sistemas de blockchain puede hacerlos más seguros frente a 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 esbozan de manera transparente sus estrategias 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 cuánticamente y sistemas descentralizados optimizados para entornos post-cuánticos, abordando el impacto de los chips cuánticos en la blockchain.
Finalmente, dado que se espera que las computadoras cuánticas relacionadas con la criptografía necesiten años para desarrollarse, la industria de las criptomonedas tiene tiempo para adaptarse y asegurar un futuro descentralizado más robusto y seguro.
