Q-Day Approaching: Can Ethereum Survive a Quantum Emergency?

Cointelegraph · 2024-04-26T13:43:06.000Z

Quantum computing may seem like science fiction, but it may come sooner than expected. On Jan. 11, 2024, the World Economic Forum identified artificial intelligence (AI) and quantum computing as emerging threats in a report exploring how quantum computing could threaten the existing tech landscape. While computer scientists and developers agree that quantum computing will still take some years to develop, research in the field is very active. In the public sector, all G7 countries are actively involved in quantum computing projects. In the private sector, seven of the top 10 tech companies are “either publicly competing for market dominance in involved in some capacity,” according to Quantum Resistant Ledger. So when will quantum computing become potent enough to threaten contemporary cryptography systems, like those safeguarding cryptocurrencies? According to a December 2023 report from Reuters, Tilo Kunz, executive vice president of cybersecurity firm Quantum Defen5e (QD5), told officials at the Defense Information Systems Agency that Q-day — the day quantum computing can break current security standards — could come as soon as 2025. Major organizations in the finance world have noticed. In June 2023, the Bank for International Settlements started its “Project Leap,” which aims to develop quantum-proof payment systems with the Bank of France and Deutsche Bundesbank. So, with ominous forecasts and central banks scrambling to safeguard payments, how can the blockchain and crypto industry prepare for Q-day? Is anyone prepared? Why is quantum computing dangerous for blockchains? David Chaum, a renowned computer scientist and founder of post-quantum resistant blockchain XX Network, explained to Cointelegraph how quantum computing can “vaporize” a blockchain. Quantum computing could compromise the SHA-256 algorithm — the cryptographic hash function that serves as the primary wall of defense for securing access to blockchain-based assets like cryptocurrencies. Subsequently, quantum computers could break the blockchain’s consensus by creating fake messages, which could jam the consensus protocol. Chaum said: “Quantum computing could kill existing blockchains by forging the signatures of the nodes. You could take them down.” They could also effortlessly crack private keys, making funds vulnerable to theft. Vitalik Buterin’s proposal to defend Ethereum Vitalik Buterin, co-founder of the Ethereum network, introduced a possible solution to blockchain’s quantum challenge. On March 9, 2024, Buterin proposed a solution involving a hard fork, opening a debate on how to prepare the blockchain for a quantum emergency. Buterin explained that quantum computers could crack an Ethereum account and reveal the private key by using the public key alone. Recent: DeFi bull market confounds expectations with RWAs and ‘recursive airdrops’ As Buterin explained, the only Ethereum accounts safe from a quantum attack would be wallets that have never completed a transaction, as they wouldn’t have exposed their public key. Of course, this is not a common practice among crypto holders, so nearly all wallets would be in jeopardy. For Buterin, the technology required to make Ethereum immune to a quantum attack could be developed “tomorrow”: “We are already well-positioned to make a pretty simple recovery fork to deal with such a situation.” Buterin’s proposed solution is based on proving ownership of crypto assets or a wallet by applying a backup key as a fallback. The concept was introduced in 2021 in the paper “W-OTS(+) up my Sleeve! A Hidden Secure Fallback for Cryptocurrency Wallets” by cryptographers Chaum, Mario Larangeira, Mario Yaksetig and William Carter, who proposed a key generation mechanism where users can generate a backup key, which is securely nested inside the secret key of a signature scheme. In the event of a secret key leak, the backup key would generate proof of ownership and recuperate their funds in an updated quantum-resistant blockchain — essentially through a hard fork in the blockchain. Therefore, if a quantum emergency emerges, users would download a new wallet software and prove their ownership with the fallback. Buterin mentioned how only a “few users would lose their funds” in this procedure. The hypothetical hard fork would roll back the Ethereum network to the block where the large-scale theft occurred. An illustrated diagram of Buterin’s theoretical Ethereum Improvement Proposal. Source: Ethereum Research The quantum solution’s effect on ETH price Chaum claimed that Buterin’s solution isn’t perfect and could create some turbulence for Ethereum users. As Chaum explained, if Ethereum does not implement a quantum resistance mechanism before a quantum attack, the emergency solution suggested by Buterin will force the chain to be reconstituted. The cryptographer explained that a new chain with quantum-resistant measures built into its core would need to be built. Once that is achieved, the assets may be moved to a new wallet in the new chain. During this process, the Ethereum blockchain would need to be paused for an unknown time until it’s restored to a new quantum-resistant blockchain. Chaum said that this procedure could take years. He said that the consequences of the sudden halt of one of the most active blockchains should not be underestimated, stating that it could be catastrophic. “There would be a big time gap. I’m not sure that the price of Ether would survive that gap.” John Woods, chief technology officer at the Algorand Foundation, told Cointelegraph that, while he believes Buterin is “hyper-competent,” he feels Ethereum could take a step further: “It’s evident that this post represents an emergency plan of action and not an elegant transition into a post-quantum cryptography era for Ethereum.” Recent: SEC targets Uniswap Labs, raising concerns over open-source code liability Algorand implemented a post-quantum mechanism using “Falcon” signatures, one of the three signing algorithms the National Institute of Standards and Technology selected for standardization. Woods encouraged Ethereum to adopt Falcon to foster interoperability as its implementation “is not limited to Algorand and holds potential for adoption by various other distributed ledger technologies, blockchains and related systems.” Ethereum seems to have established an emergency protocol to survive if a quantum emergency is detected. However, the emergency solution has serious caveats, which should make the Ethereum developer community focus firmly on developing quantum-resistant measures before Q-day arrives.

A computação quântica pode parecer ficção científica, mas pode chegar mais cedo do que o esperado.
Em 11 de janeiro de 2024, o Fórum Económico Mundial identificou a inteligência artificial (IA) e a computação quântica como ameaças emergentes num relatório que explora como a computação quântica pode ameaçar o panorama tecnológico existente.
Embora os cientistas da computação e os desenvolvedores concordem que a computação quântica ainda levará alguns anos para ser desenvolvida, a pesquisa na área é muito ativa.
No setor público, todos os países do G7 estão ativamente envolvidos em projetos de computação quântica. No setor privado, sete das 10 principais empresas de tecnologia estão “competindo publicamente pelo domínio do mercado ou envolvidas de alguma forma”, de acordo com o Quantum Resistance Ledger.
Então, quando é que a computação quântica se tornará suficientemente potente para ameaçar os sistemas de criptografia contemporâneos, como os que protegem as criptomoedas?
De acordo com um relatório de dezembro de 2023 da Reuters, Tilo Kunz, vice-presidente executivo da empresa de segurança cibernética Quantum Defen5e (QD5), disse a funcionários da Agência de Sistemas de Informação de Defesa que o dia Q – o dia em que a computação quântica pode quebrar os padrões de segurança atuais – poderia vir como logo em 2025.
As principais organizações do mundo financeiro notaram. Em Junho de 2023, o Banco de Compensações Internacionais iniciou o seu “Project Leap”, que visa desenvolver sistemas de pagamento à prova de quantum com o Banco de França e o Deutsche Bundesbank.
Então, com previsões ameaçadoras e os bancos centrais lutando para salvaguardar os pagamentos, como a indústria de blockchain e criptografia pode se preparar para o dia Q? Alguém está preparado?
Por que a computação quântica é perigosa para blockchains?
David Chaum, um renomado cientista da computação e fundador da XX Network blockchain resistente pós-quântica, explicou ao Cointelegraph como a computação quântica pode “vaporizar” uma blockchain.
A computação quântica pode comprometer o algoritmo SHA-256 – a função de hash criptográfico que serve como principal muralha de defesa para garantir o acesso a ativos baseados em blockchain, como criptomoedas.
Posteriormente, os computadores quânticos poderiam quebrar o consenso do blockchain criando mensagens falsas, o que poderia bloquear o protocolo de consenso. Chaum disse:
 “A computação quântica poderia destruir os blockchains existentes ao forjar as assinaturas dos nós. Você poderia derrubá-los.
Eles também poderiam quebrar chaves privadas sem esforço, tornando os fundos vulneráveis ​​ao roubo.
Proposta de Vitalik Buterin para defender Ethereum
Vitalik Buterin, cofundador da rede Ethereum, apresentou uma possível solução para o desafio quântico do blockchain.
Em 9 de março de 2024, Buterin propôs uma solução envolvendo um hard fork, abrindo um debate sobre como preparar o blockchain para uma emergência quântica.
Buterin explicou que os computadores quânticos poderiam quebrar uma conta Ethereum e revelar a chave privada usando apenas a chave pública.
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Como explicou Buterin, as únicas contas Ethereum protegidas contra um ataque quântico seriam carteiras que nunca completaram uma transação, pois não teriam exposto sua chave pública.
É claro que esta não é uma prática comum entre os detentores de criptomoedas, pelo que quase todas as carteiras estariam em perigo.
Para Buterin, a tecnologia necessária para tornar o Ethereum imune a um ataque quântico poderia ser desenvolvida “amanhã”:
 “Já estamos bem posicionados para fazer uma bifurcação de recuperação bastante simples para lidar com tal situação.”
A solução proposta por Buterin baseia-se na comprovação da propriedade de ativos criptográficos ou de uma carteira, aplicando uma chave de backup como alternativa.
O conceito foi apresentado em 2021 no artigo “W-OTS(+) up my Sleeve! A Hidden Secure Fallback for Cryptocurrency Wallets” dos criptógrafos Chaum, Mario Larangeira, Mario Yaksetig e William Carter, que propuseram um mecanismo de geração de chave onde os usuários podem gerar uma chave de backup, que é aninhada com segurança dentro da chave secreta de um esquema de assinatura.
No caso de um vazamento de chave secreta, a chave de backup geraria prova de propriedade e recuperaria seus fundos em um blockchain atualizado e resistente a quantum – essencialmente por meio de um hard fork no blockchain.
Portanto, se surgir uma emergência quântica, os usuários baixarão um novo software de carteira e provarão sua propriedade com o substituto. Buterin mencionou como apenas “alguns usuários perderiam seus fundos” neste procedimento.
O hipotético hard fork reverteria a rede Ethereum para o bloco onde ocorreu o roubo em grande escala.
Um diagrama ilustrado da proposta teórica de melhoria do Ethereum de Buterin. Fonte: Ethereum Research O efeito da solução quântica no preço da ETH
Chaum afirmou que a solução de Buterin não é perfeita e pode criar alguma turbulência para os usuários do Ethereum.
Como explicou Chaum, se Ethereum não implementar um mecanismo de resistência quântica antes de um ataque quântico, a solução de emergência sugerida por Buterin forçará a reconstituição da cadeia.
O criptógrafo explicou que seria necessário construir uma nova cadeia com medidas de resistência quântica incorporadas em seu núcleo. Uma vez alcançado isso, os ativos podem ser movidos para uma nova carteira na nova cadeia.
Durante este processo, a blockchain Ethereum precisaria ser pausada por um tempo desconhecido até que fosse restaurada para uma nova blockchain resistente a quantum. Chaum disse que esse procedimento pode levar anos.
Ele disse que as consequências da parada repentina de uma das blockchains mais ativas não devem ser subestimadas, afirmando que poderia ser catastrófica.
 “Haveria um grande intervalo de tempo. Não tenho certeza se o preço do Ether sobreviveria a essa lacuna.”
John Woods, diretor de tecnologia da Algorand Foundation, disse ao Cointelegraph que, embora acredite que Buterin é “hipercompetente”, ele sente que Ethereum poderia dar um passo adiante: “É evidente que este post representa um plano de ação de emergência e não um transição elegante para uma era de criptografia pós-quântica para Ethereum.”
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Algorand implementou um mecanismo pós-quântico usando assinaturas “Falcon”, um dos três algoritmos de assinatura que o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia selecionou para padronização.
Woods incentivou a Ethereum a adotar o Falcon para promover a interoperabilidade, já que sua implementação “não se limita à Algorand e tem potencial para adoção por várias outras tecnologias de contabilidade distribuída, blockchains e sistemas relacionados”.
Ethereum parece ter estabelecido um protocolo de emergência para sobreviver caso uma emergência quântica seja detectada.
No entanto, a solução de emergência tem sérias advertências, o que deve fazer com que a comunidade de desenvolvedores Ethereum se concentre firmemente no desenvolvimento de medidas resistentes a quantum antes que chegue o dia Q.

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