Obliczenia kwantowe nie są już odległą koncepcją teoretyczną; szybko staje się to praktyczną rzeczywistością. W miarę rozwoju tej technologii stwarza ona poważne zagrożenie dla obecnych systemów kryptograficznych, które stanowią podstawę technologii blockchain.
Nie można przecenić znaczenia bezpieczeństwa kwantowego w blockchain. Obliczenia kwantowe zagrażają klasycznym algorytmom, takim jak RSA i ECC, które obsługują bezpieczną komunikację. Wdrożenie algorytmów odpornych na kwanty zapewnia integralność i bezpieczeństwo danych blockchain w celu ochrony przed atakami kwantowymi oraz zachowania niezmienności, bezpieczeństwa i niezawodności technologii.
Vitalik Buterin, współzałożyciel Ethereum, głośno wypowiadał się na temat potencjalnych zagrożeń stwarzanych przez obliczenia kwantowe w technologii blockchain. Ponadto dyrektor generalny Post-Quantum, Andersen Chen, powiedział: „W ciągu trzech lat istnieje jedna na siedem szans, że komputery kwantowe złamią najczęściej używane systemy szyfrowania komputerów; do 2031 r. liczba ta wzrośnie aż do 50%.
W tym artykule przyjrzymy się znaczeniu bezpieczeństwa kwantowego w sektorze blockchain i omówimy studium przypadku pionierskiego podejścia Quranium do technologii rozproszonej księgi głównej (DLT) odpornej na kwanty.
Zagrożenia obliczeń kwantowych dla łańcuchów bloków
Zagrożenie kwantowe dla blockchainu zwiększające potrzebę bezpieczeństwa kwantowego
Komputery kwantowe są jak super potężne komputery, które potrafią rozwiązywać problemy, które są zbyt złożone dla zwykłych komputerów. Moc ta pochodzi z bitów kwantowych (lub kubitów), które mogą wykonywać wiele obliczeń jednocześnie. Dużym zmartwieniem jest to, że komputery te mogą pewnego dnia złamać wiele metod szyfrowania zapewniających bezpieczeństwo naszych danych.
Na przykład algorytm podpisu cyfrowego krzywej eliptycznej (ECDSA) jest najczęściej używanym algorytmem kryptograficznym wdrażanym obecnie przez łańcuchy bloków. Ma poważną słabość do ataku kwantowego, ponieważ został zaprojektowany do stosowania w komputerach przedkwantowych, które mogłyby zostać wykorzystane przez wrogie podmioty, od manipulatorów rynkowych po państwa sprzeciwiające się kryptowalutom.
Przeczytaj o potencjalnych zagrożeniach związanych z obliczeniami kwantowymi dla bezpieczeństwa Bitcoina i rozwiązaniach je łagodzących w tym obszernym artykule autorstwa DroomDroom.
Komputery kwantowe wykorzystują zasady mechaniki kwantowej, takie jak superpozycja i splątanie, do rozwiązywania złożonych problemów wykładniczo szybciej niż klasyczne komputery. Niewątpliwie stanowi zagrożenie dla systemów kryptograficznych zabezpieczających transakcje typu blockchain. Ciekawe, jak?
Wpływ na kryptografię klucza publicznego
Algorytmy kwantowe, takie jak algorytm Shora, mogą złamać powszechnie stosowane metody kryptograficzne klucza publicznego, prowadząc do potencjalnego nieautoryzowanego dostępu i fałszowania transakcji, co wyraźnie pokazuje potrzebę bezpieczeństwa kwantowego.
Wpływ na kryptografię klucza symetrycznego
Chociaż kryptografia z kluczem symetrycznym jest bardziej odporna, algorytmy takie jak Grover mogą zmniejszyć bezpieczeństwo tych kluczy i wymagać dłuższych kluczy do utrzymania bezpieczeństwa.
Ważne jest również, aby znać ryzyko, jakie komputery kwantowe stwarzają dla protokołów sieciowych – które można podzielić na dwa główne obszary – naruszone algorytmy szyfrowania i osłabione podpisy cyfrowe.
Po pierwsze, komputery kwantowe są w stanie złamać algorytmy szyfrowania stanowiące integralną część tych protokołów, dosłownie narażając poufność i integralność danych. Metody szyfrowania opierające się na złożoności problemów matematycznych stają się podatne na działanie algorytmów kwantowych, takich jak algorytm Shora.
Po drugie, komputery kwantowe mogą podważać autentyczność i niezaprzeczalność zapewnianą przez podpisy cyfrowe – niezbędne do weryfikacji źródła i integralności cyfrowych dokumentów i transakcji.
Bitcoiny podatne na ataki kwantowe w miarę upływu czasu
Oprócz tego obliczenia kwantowe zagrażają szyfrowaniu wydobywania kryptowalut, które może potencjalnie umożliwić kradzieże. Przeczytaj więcej tutaj, w tym artykule.
Aby zaradzić tym lukom, badacze badają rozwiązania w zakresie kryptografii postkwantowej (PQC), które są odporne na takie ataki.
Rozwój kryptografii kwantowej
Trwają znaczne wysiłki w celu opracowania algorytmów kryptograficznych odpornych na kwanty. Amerykański Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST) wybrał kilka algorytmów dla postkwantowych standardów kryptograficznych.
Standaryzacja postkwantowej kryptografii NIST
NIST wybrał cztery algorytmy jako podstawę postkwantowych standardów kryptograficznych, a mianowicie:
KRYSZTAŁY-Kyber
KRYSZTAŁY-Dilit
SPINKI+
SOKÓŁ
Należy jednak pamiętać, że przejście na kryptografię kwantową wiąże się z wyzwaniami technicznymi, logistycznymi i edukacyjnymi. Pośród rosnących wyzwań związanych z obliczeniami kwantowymi Quranium jawi się jako wizjonerska platforma, która wyznacza nowe standardy w zakresie bezpieczeństwa kwantowego w przestrzeni blockchain. Przyjrzyjmy się unikalnemu podejściu Quranium do kryptografii odpornej na kwanty i jego innowacyjnej architekturze.
Możliwości Quantum Proof w zakresie bezpieczeństwa: studium przypadku
Quranium to innowacyjna platforma blockchain zaprojektowana, aby sprostać zarówno obecnym, jak i przyszłym wyzwaniom związanym z DLT, a w szczególności koncentruje się na łagodzeniu ryzyka, jakie stwarza przetwarzanie kwantowe dla tradycyjnych metod kryptograficznych.
Porozmawiajmy o tym, jak dokładnie Quranium stawia czoła tym wyzwaniom–
Rdzeń odporny na działanie kwantowe: SPHINCS+ i WOTS+
Quranium integruje zatwierdzony przez NIST, oparty na skrótach schemat podpisu postkwantowego – algorytm SPHINCS+.
SPHINCS+ implementuje bezstanowe podpisy oparte na skrótach dla PQC. W tym projekcie unika się dobrze zrozumiałej kryptoanalizy schematów opartych na sieciach i kodzie za pomocą algorytmu Shora, zapewniając długoterminowe bezpieczeństwo w erze kwantowej. Dodatkowo jego bezstanowy charakter eliminuje obciążenie związane z zarządzaniem kluczami i ogranicza błędy ludzkie. Schemat zapewnia elastyczność poprzez dostosowanie rozmiaru podpisu w oparciu o pożądany kompromis w zakresie szybkości bezpieczeństwa.
Quranium dodatkowo zabezpiecza swoją platformę za pomocą WOTS+. Jak sama nazwa wskazuje, jest przeznaczony do jednorazowego użytku na parę kluczy, dzięki czemu każdy klucz podpisujący służy do podpisywania tylko jednego dokumentu lub transakcji.
Dlaczego jednak jest to ważne? Cóż, to znacznie komplikuje potencjalne wektory ataku i zwiększa odporność platformy na wyrafinowane cyberataki.
Hybrydowa architektura dwuwarstwowa
Quranium rozwiązuje „trylemat łańcucha bloków” – wyzwania związane z jednoczesnym osiągnięciem skalowalności, bezpieczeństwa i decentralizacji – za pomocą architektury hybrydowej. I tak, integrując tradycyjny blockchain z systemem BlockDAG, Quranium zapewnia bardziej skalowalną i wydajną platformę o wysokim poziomie bezpieczeństwa i zapewniającą bezpieczeństwo kwantowe.
Warstwa podstawowa (dowód pracy dla bezpieczeństwa)
Zapewniając solidną podstawę dla całej sieci, podstawowa warstwa architektury Quranium słynie z najwyższego bezpieczeństwa i odporności na ataki, ponieważ zapewnia niezmienność i integralność księgi głównej.
Warstwa Crust (szybkość i skalowalność dzięki BlockDAG)
Jeśli blockchain jest prostą linią bloków, BlockDAG jest jak sieć. Każdy blok można połączyć z wieloma blokami zamiast z jednym – w rezultacie więcej transakcji jest przetwarzanych równolegle, co przyspiesza proces weryfikacji. Jest to szczególnie przydatne w systemie takim jak PoR, w którym wielu uczestników może dodawać informacje w tym samym czasie.
Dowód szacunku (PoR) dla współpracy i uczciwości
Quranium wykorzystuje unikalny mechanizm konsensusu zwany Proof of Respect, który przedkłada jakość i przydatność wkładu nad czystą moc obliczeniową. Oczywiście promuje oparte na współpracy i sprawiedliwe środowisko sieciowe, w którym nagradzane jest uczciwe uczestnictwo.
Integrując PoR w ramach struktury BlockDAG, Quranium osiąga dwa kluczowe cele.
Po pierwsze, nadaje priorytet bezpieczeństwu sieci, zniechęcając do złośliwych działań, ponieważ nie przynoszą one żadnych korzyści.
Po drugie, demokratyzuje proces walidacji i tworzenia bloków, czyniąc sieć bardziej włączającą.
Mechanizm spójności „punktu prawdy”.
Architektura Quranium okresowo tworzy blok „Punktu Prawdy” w warstwie skorupy co pół godziny, który działa jako punkt odniesienia dla wszystkich poprzednich bloków, dzięki czemu kolejne bloki zakotwiczają się w tym punkcie, a nie w całym łańcuchu bloków.
Integracja Internetu Rzeczy
Quranium zaprojektowano z myślą o bezpiecznej integracji urządzeń Internetu rzeczy (IoT) ze swoją siecią, a dzięki zastosowaniu odpornego na kwanty DLT Quranium może zapewnić bezpieczne środowisko dla tych urządzeń.
Dlaczego Quranium jest odpowiedzią na bezpieczeństwo kwantowe w Blockchain?
Quranium stanowi przekonujące rozwiązanie w zakresie bezpieczeństwa blockchain w obliczu potencjalnych zagrożeń ze strony obliczeń kwantowych. Być może jego podstawowa obrona leży w możliwościach PQC SPHINCS+ i WOTS+. Poza oporem kwantowym–
Architektura Quranium zmniejsza ryzyko ataków dalekiego zasięgu (LRA) i zmniejsza wykonalność problemów „nic nie zagrażających”, czyniąc obsługę wielu historii blockchain kosztownym obliczeniowo i nieopłacalnym.
Podczas gdy model PoR oparty na reputacji i wkładzie zachęca walidatorów do uczciwego działania i wiąże ich zdolność do zdobywania nagród ze swoim zachowaniem, Quranium wykorzystuje innowacyjny mechanizm antykorupcyjny, w ramach którego użytkownicy stawiający monety Quranium w celu zawarcia inteligentnych kontraktów widzą, że sieć samodzielnie zwiększa pulę stawek co sprawia, że gromadzenie pakietu kontrolnego jest dla atakujących zbyt kosztowne.
Ponadto Quranium obsługuje szybkie mikrotransakcje i bezpieczne interakcje między maszynami.
Wreszcie, Quranium jest budowane od podstaw z myślą o bezpieczeństwie kwantowym i ma lepszą pozycję, aby dostosować się do przyszłego postępu technologicznego i zagrożeń bezpieczeństwa.
Obliczenia kwantowe stwarzają zarówno bezprecedensowe możliwości, jak i ogromne wyzwania. W miarę jak obliczenia kwantowe zbliżają się do „dnia Q”, konieczność stosowania rozwiązań kryptograficznych odpornych na kwantyfikacje staje się niepodlegająca negocjacjom. Wdrożenie algorytmów odpornych na działanie kwantowe to nie tylko środek obronny, ale przyszłościowa strategia mająca na celu zapewnienie bezpieczeństwa i integralności infrastruktury cyfrowej.
Kapil Dhiman, współzałożyciel i dyrektor generalny Quranium
Wniosek
Nadchodzą komputery kwantowe i każdy, kto jest zainteresowany odpowiednim zabezpieczeniem swoich danych, musi już teraz patrzeć w przyszłość.
Widmo obliczeń kwantowych rzuca długi cień na świat blockchain. Obecne metody kryptograficzne, będące podstawą bezpieczeństwa blockchain, są podatne na zniszczenie przez te potężne maszyny, zagrażając samym fundamentom zaufania i niezmienności, jakie obiecuje blockchain.
Oto, gdzie Quranium jawi się jako latarnia nadziei, przyjmując wielostronne podejście do zwalczania zagrożenia kwantowego. W miarę jak technologia blockchain wkracza na niezbadane terytorium, zaangażowanie Quranium w bezpieczeństwo kwantowe i innowacyjną architekturę stawia ją na czele zabezpieczania granicy blockchain.