Autor: Callum Reid, CoinTelegraph; Traducător: Deng Tong, Jinse Caijing
Ce este cipul cuantic Willow de la Google?
Cipul Willow de la Google marchează o nouă eră a performanței cuantice, capabil să efectueze calcule complexe și având un impact semnificativ asupra diferitelor industrii, inclusiv criptografia.
Odată cu lansarea cipului Willow cu 105 qubiți, calculul cuantic a atins un punct de cotitură important, acest cip fiind fabricat pe baza procesorului revoluționar Sycamore al companiei.
Prezentarea Willow:
105 qubiți: Willow aproape că a dublat numărul de qubiți al lui Sycamore, eliberând astfel capacitatea de a efectua calcule exponential mai complexe. Fiecare qubit din Willow este proiectat să funcționeze cu un timp de coerență îmbunătățit, minimizând zgomotul cuantnic și îmbunătățind stabilitatea calculului.
Progrese în corectarea erorilor: unul dintre cele mai notabile progrese ale lui Willow este avansul său în corectarea erorilor cuantice, un pas esențial către sisteme cuantice scalabile și tolerante la erori. Cercetătorii de la Google au raportat că Willow a realizat o durată de viață a qubitului logic mai lungă decât qubitul fizic, demonstrând potențialul său de performanță continuă.
Viteză și putere: în teste de referință precum eșantionarea circuitelor aleatoare (un test prin care computerele cuantice își demonstrează capacitatea de a rezolva probleme complexe), Willow a finalizat sarcini în câteva minute care ar fi necesitat miliarde de ani de calcul de la supercomputerele tradiționale. Aceste progrese subliniază capacitatea acestui cip de a depăși sistemele clasice în anumite domenii problematice.
Calculul cuantic vs. calculul clasic
Diferența fundamentală între calculul cuantic și cel clasic constă în modul în care este procesată informația.
Să înțelegem aceste diferențe în detaliu:
Calculul clasic: utilizarea biților binari (0 și 1) pentru a efectua calcule secvențial. Chiar și cele mai rapide supercomputere clasice pot rezolva probleme prin serii liniare.
Calculul cuantic: utilizând qubiți, care pot exista în stări de suprapunere (0 și 1 simultan). Atunci când qubiții sunt împletiți, aceștia se influențează reciproc instantaneu, permițând sistemului să proceseze paralelement mai multe calcule.
Această paralelism permite computerelor cuantice să exceleze în sarcini specializate, cum ar fi problemele de optimizare, simulările moleculare și testele criptografice, în timp ce sistemele clasice performează slab în aceste sarcini din cauza constrângerilor lor liniare.
Exemplu real al capacităților computaționale ale lui Willow:
Descoperirea medicamentelor și știința materialelor: capacitatea lui Willow de a simula stări cuantice permite cercetătorilor să studieze interacțiunile moleculare complexe. De exemplu, simularea plierii proteinelor (o sarcină intensivă din punct de vedere computațional) poate fi efectuată mai eficient folosind un sistem cuantic.
Modelarea climei: prin rezolvarea ecuațiilor neliniare cu viteza cuantică, Willow poate modela sisteme de mediu complexe, oferind perspective asupra strategiilor de atenuare a schimbărilor climatice.
Probleme de optimizare: funcționalitatea lui Willow se extinde pentru a aborda provocările logistice, cum ar fi optimizarea lanțului de aprovizionare și modelarea financiară, reducând semnificativ timpul de rezolvare în comparație cu metodele tradiționale.
Lansarea lui Willow nu doar că subliniază progresele în calculul cuantic, ci și potențialul său de a aborda provocările considerate anterior insurmontabile.
Cum pot computerele cuantice să spargă algoritmii criptografici în teorie
Computerele cuantice care folosesc algoritmi precum Shor și Grover au potențialul de a rezolva probleme complexe de sute de ori mai repede, compromițând astfel algoritmii criptografici tradiționali.
Lansarea unor calculatoare cuantice puternice precum Willow a stârnit îngrijorări cu privire la impactul lor asupra securității criptografice, inclusiv efectul cipului Willow asupra criptomonedelor. Bitcoin și multe alte sisteme blockchain se bazează pe algoritmi criptografici concepuți pentru a face față atacurilor clasice. Totuși, impactul potențial al calculului cuantic asupra securității criptografice a generat îngrijorări.
Importanța cheilor publice și private în securitatea Bitcoin
Securitatea Bitcoin se bazează pe criptografia pe curve eliptice (ECC), în special algoritmul de semnătură digitală pe curbe eliptice (ECDSA), ceea ce a generat îngrijorări cu privire la interacțiunea cipurilor cuantice cu semnăturile digitale. Relația dintre cheile publice și cele private este crucială:
Cheia publică: împărtășită public ca adresă pentru a primi Bitcoin.
Cheia privată: păstrată secret și folosită pentru a semna tranzacții, a dovedi proprietatea și a autoriza fluxul de fonduri.
Premisa de securitate din spatele ECDSA se bazează pe problema logaritmului discret pe curbe eliptice (ECDLP), care este computațional imposibil de rezolvat pentru computerele clasice. Dacă cheia privată a utilizatorului nu este accesibilă, este aproape imposibil să se falsifice o semnătură validă sau să se acceseze fondurile.
Cum amenință algoritmii cuantici criptografia
Totuși, computerele cuantice ar putea compromite acest cadru de securitate. Două algoritmi cuantici cheie evidențiază riscurile implicate:
Algoritmul Shor: poate sparge sisteme criptografice precum ECC prin rezolvarea rapidă a problemelor de factorizare a numerelor întregi, permițând derivarea cheii private din cheia publică.
Algoritmul Grover: oferă o accelerare quadratică în spargerea funcțiilor hash. În cazul Bitcoin, aceasta ar reduce forța efectivă a SHA-256 (utilizată pentru consensul bazat pe muncă) de la 256 biți la 128 biți. Deși conform standardelor de astăzi aceasta este încă sigură, subliniază vulnerabilitățile potențiale în sistemele cu alte funcții hash mai slabe.
Energia cuantică necesară pentru a sparge Bitcoin
Spargerea apărării criptografice a Bitcoin depășește cu mult capacitățile actualelor computere cuantice, inclusiv Willow. Potrivit unei cercetări publicate în Ledger Journal:
Numărul necesar de qubiți logici: pentru a rula eficient algoritmul Shor, sunt necesari cel puțin 1,500-3,000 de qubiți logici toleranți la erori.
Numărul necesar de qubiți fizici: având în vedere rata actuală a erorilor, aceasta se traduce în zeci de milioane de qubiți fizici pentru corectarea erorilor.
Așa cum a subliniat Alan Watts, sistemele de astăzi se află încă în etapa de "quantum noisy intermediate scale" (NISQ), un termen propus de fizicianul teoretic american John Preskill, în care erorile și instabilitatea le limitează aplicabilitatea practică.
Mecanismele de apărare actuale ale Bitcoin
Securitatea Bitcoin depinde de algoritmi criptografici avansați, concepuți pentru a face față atacurilor clasice, asigurând o protecție puternică pentru tranzacții și rețeaua blockchain.
Designul criptografic al Bitcoin îl face unul dintre cele mai sigure sisteme descentralizate. Apărarea sa se bazează pe algoritmi puternici, care nu pot fi sparte computațional cu ajutorul calculului clasic. Să analizăm măsurile cheie de apărare și să vedem dacă cipul cuantic Willow de la Google reprezintă o amenințare reală pentru acestea.
ECDSA și SHA-256: nucleul securității Bitcoin
Așa cum s-a menționat anterior, sistemul de tranzacții Bitcoin se bazează pe ECDSA pentru a genera și verifica semnăturile digitale. În plus, mecanismul de consens PoW al Bitcoin folosește SHA-256 (o funcție de hash criptografică) pentru a proteja blockchain-ul:
Minerii rezolvă problemele de dificultate legate de SHA-256 pentru a adăuga noi blocuri în blockchain.
Funcțiile hash sunt concepute pentru a fi ireversibile, ceea ce înseamnă că este computațional imposibil să se reverseze datele de intrare din ieșirea lor hash.
Reprezintă Willow o amenințare pentru Bitcoin?
Deși cipul cuantic Willow de la Google, cu cei 105 qubiți ai săi, marchează un punct de cotitură important în calculul cuantic, el nu reprezintă în prezent o amenințare directă pentru sistemul criptografic al Bitcoin. Spargerea ECDSA sau SHA-256 al Bitcoin ar necesita cel puțin 1,500-3,000 de qubiți logici toleranți la erori, mult peste capacitățile lui Willow. Așa cum s-a menționat anterior, scalabilitatea sistemelor cuantice actuale nu este suficientă pentru a contesta performanța puternică a apărării Bitcoin.
Structura criptografică pe straturi a Bitcoin combină ECDSA și SHA-256, asigurându-i capacitatea de a face față tehnologiilor cuantice actuale. Puteți considera Willow în etapa NISQ, în care erorile și instabilitatea îi limitează aplicabilitatea practică. Această diferență tehnologică garantează în prezent securitatea măsurilor de protecție criptografică ale Bitcoin.
Răspunsul comunității criptografice și al criptografilor la întrebarea dacă Willow amenință securitatea Bitcoin
Recunoscând amenințarea finală adusă de calculul cuantic, industria criptomonedelor a început activ să cerceteze și să dezvolte sisteme criptografice rezistente la cuantice.
Eforturile continue în criptografia post-cuantică
Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) din Statele Unite conduce de mult procesul de standardizare a algoritmilor post-cuanti (PQC). Acești algoritmi sunt concepuți pentru a rezista atacurilor clasice și cuantice. Algoritmii finali candidați includ:
Criptografia bazată pe rețele: algoritmi precum CRYSTALS-Dilithium și Kyber se bazează pe structuri de rețea capabile să reziste în siguranță la atacuri cuantice.
Semnături bazate pe hash: aceste semnături folosesc hash-uri criptografice, fiind mai rezistente la algoritmi cuantici precum Shor sau Grover.
Odată ce aceste standarde sunt definitive, ele pot fi integrate în Bitcoin și alte sisteme blockchain pentru a-i asigura securitatea.
Recomandările lui Vitalik Buterin pentru securitatea Ethereum
Co-fondatorul Ethereum, Vitalik Buterin, a fost vocal în privința necesității de a se pregăti pentru riscurile cuantice. Principalele sale sugestii includ:
Semnătura Lamport: un sistem de semnătură unică rezistentă la cuantice, ușor de implementat, dar care necesită mai mult spațiu de stocare.
Flexibilitate în tranziție: structura modulară a Ethereum îi permite să adopte noi standarde criptografice mai repede decât Bitcoin. De exemplu, Ethereum ar putea integra algoritmi post-cuanti prin actualizarea mecanismului său de consens.
Metoda proactivă a lui Buterin oferă un model pentru alte proiecte blockchain.
Cercetări mai ample în industrie
Cercetătorii și criptografii remarcabili contribuie la dezvoltarea tehnologiilor rezistente la cuantice:
Adam Back: un pionier al criptografiei blockchain, Back subliniază importanța integrării PQC (criptografie post-cuantică) în protocolul Bitcoin fără a compromite natura sa descentralizată.
Bill Buchanan: munca sa în criptografia bazată pe rețele și sistemele de securitate oferă soluții puternice împotriva atacurilor cuantice.
Multe proiecte blockchain explorează, de asemenea, modele hibride care combină criptografia existentă cu algoritmi rezistenți la cuantice, pentru a asigura o tranziție lină atunci când computerele cuantice devin practice.
Ce este cheia: impactul potențial al avansurilor cuantice
Progresele cuantice ar putea afecta securitatea blockchain-ului, generând riscuri de portofele compromise și instabilitate pe piață, în timp ce ar putea stimula progresele în apărarea criptografică.
Ascensiunea calculului cuantic aduce riscuri și oportunități pentru Bitcoin și ecosistemul mai larg al criptomonedelor. Înțelegerea acestor efecte este vitală pentru părțile interesate.
Riscuri potențiale
Portofele compromise:
Odată cu un computer cuantic complet scalabil și tolerant la erori, se pot deriva cheile private din cheile publice, permițând accesul neautorizat la portofele.
Dacă se întâmplă acest lucru, fondurile ar putea fi furate, minând astfel încrederea în securitatea Bitcoin.
Instabilitatea rețelei:
Fear of quantum vulnerabilities could lead to market panic, affecting Bitcoin's price and adoption.
Din punct de vedere istoric, chiar și riscurile tehnologice percepute (de exemplu, fork-uri sau erori de protocol) pot provoca fluctuații semnificative ale prețului Bitcoin.
Consens întârziat:
Dacă atacurile cuantice compromit mecanismul PoW al Bitcoin, ar putea duce la încetinirea vitezei de validare a tranzacțiilor sau la divizarea rețelei.
Progrese pozitive
Deși riscurile sunt mari, poziția pozitivă a industriei cripto și progresele în domeniul apărării criptografice oferă perspective optimiste:
Cronologia este favorabilă criptografiei: experții sunt în general de părere că computerele cuantice legate de criptografie au nevoie de încă 10-20 de ani, oferind astfel comunității criptografice timp suficient pentru a trece la standarde rezistente la cuantice.
Progrese în criptografie: algoritmii post-cuanti nu sunt statici, ci evoluează rapid. Cercetătorii cred că ritmul inovațiilor criptografice va depăși progresele cuantice.
Îmbunătățirea securității: integrarea PQC în sistemele blockchain le poate face mai sigure împotriva amenințărilor cuantice și clasice, abordând amenințările cuantice la adresa securității Bitcoin și sporind încrederea în finanțele descentralizate.
Stabilitatea pieței și oportunitățile
Planificare a tranziției: proiectele care conturează transparent strategia lor de tranziție la cuantice pot atrage încrederea investitorilor.
Catalizatori ai inovației: progresele cuantice pot stimula inovația blockchain, cum ar fi portofelele cuantice sigure și sistemele descentralizate optimizate pentru medii post-cuante, abordând impactul cipurilor cuantice asupra blockchain-ului.
În cele din urmă, având în vedere că computerele cuantice legate de criptografie mai au nevoie de ani de zile, industria cripto are timp să se adapteze și să asigure un viitor descentralizat mai puternic și mai sigur.
