Mga Quantum na Kompyuter at Mga Cryptocurrency

Kontribusyon ng Komunidad - May Akda: John Ma

Panimula

Ang mga quantum na kompyuter ay mga makapangyarihang makina na kayang lutasin ang mga kumplikadong equation nang mas mabilis kaysa sa mga regular na kompyuter. Tinataya ng ilang mga eksperto na kaya nilang basagin sa loob lamang ng ilang minuto ang mga encryption na magagawa lamang ng mga pinakamabibilis na kompyuter ngayon sa loob ng libu-libong taon. Dahil dito, karamihan sa mga imprastraktura ng digital na seguridad ay nasa paligro — kasama na ang crypto na batayan ng Bitcoin at mga cryptocurrency.

Ang artikulong ito ay magbibigay ng panimulang kaalaman tungkol sa kung paano naiiba ang mga quantum na kompyuter sa mga regular na mga kompyuter at ano ang mga panganib na dala nila sa mga cryptocurrency at sa mga digital na imprastraktura.

Assymetric na cryptography at seguridad sa Internet

Ang asymmetric na cryptography (kilala rin bilang public-key cryptography) ay isang kritikal na bahagi ng mundo ng cryptocurrency at ng karamihan sa mga imprastraktura sa Internet. Nakaasa ito sa pares ng key para ma-encrypt at ma-decrypt ang impormasyon - ang public key para sa encryption at private key naman para sa decryption. Salungat dito, ang symmetric key cryptography ay gumagamit lamang ng isang key para sa encryption at decryption ng datos.

Ang public key ay malayang naibabahagi at nagagamit para makapag-encrypt ng impormasyon, na magagawa lamang i-decrypt sa pamamagitan ng katumbas na private key. Tinitiyak nito na ang itinakda lamang na tagatanggap ang may access sa encrypted na impormasyon.

Isa sa mga pangunahing benepisyo ng assymetric na cryptography ay ang kakayahan na makipagpalitan ng impormasyon nang hindi kinakailangang magbahagi ng iisang key sa hindi mapagkakatiwalaang daluyan. Kung wala ang mahalagang kapasidad na ito, hindi magiging posible ang pangunahing seguridad ng impormasyon sa Internet.

Kung nais pang magbasa tungkol sa paksang ito, tignan ang Symmetric kumpara sa Asymmetric Encryption.

Ilang sa mga seguridad sa asymmetric na cryptography ay nakadepende sa palagay na ang algorithm na lumilikha sa pares ng key ay nagagawang napakahirap na kalkulahin ang private key mula sa public key, habang madaling kalkulahin ang public key mula sa private key. Sa matematika, tinatawag itong trapdoor function dahil madali ang kalkulasyon sa isang direksyon ngunit mahirap sa kasalungat.

Sa kasalukuyan, karamihan sa mga modernong algorithm na ginagamit para lumikha ng pares ng key ay basa sa mga kilalang trapdoor function sa matematika. Ang mga trapdoor function na ito ay hindi kilalang nalulutas sa itinakdang oras na nagagawa ng anumang kompyuter ngayon. Kakailanganin ng malaking halaga ng oras maging para sa mga pinakamakapangyarihang makina para isagawa ang mga computation na ito.

Ganunpaman, maaari itong mabago anumang oras sa pagkakabuo ng mga bagong sistema ng computation na tinatawag na mga quantum na kompyuter. Para maintindihan kung bakit makapangyarihan ang quantum na mga kompyuter, pag-aralan muna natin kung paano gumagana ang mga regular na kompyuter.

Mga classical na kompyuter

Ang mga kompyuter na kilala natin ngayon ay maaaring tawagin na mga classical na kompyuter. Nangangahulugan ito na ang mga computation ay magagawa sa sunod-sunod na ayos - ang computational na gawain ay isinasakatuparan bago magsimula ng isa pa. Ito ay dahil sa katotohanan na ang memorya ng isang classical na kompyuter ay dapat sumunod sa batas ng physics at maaari lamang magkaroon ng estado na 0 o 1 (off o on).

May iba’t ibang mga hardware at software na paraan na nagbibigay-daan sa mga kompyuter na basagin ang mga kumplikadong computation sa maliliit na piraso para maging mahusay. Ganunpaman, ang basehang ito ay nananatiling pareho. Ang isang computational na gawain ay dapat munang makumpleto bago magsimula ng isa pa.

Ipagpalagay natin ang sumusunod na halimbawa kung saan dapat mahulaan ng kompyuter ang 4-bit key. Ang bawat isa sa 4 bits ay maaaring maging 0 o 1. May 16 na mga posibleng kombinasyon tulad ng nakikita sa ibaba:

Classical na kompyuter na hinuhulaan ang 4-bit key mula sa 16 na posibleng kombinasyon.

Kinakailangang mahulaan ng classical na kompyuter ang bawat kombinasyon nang magkakahiwalay, isa-isa lamang. Ipagpalagay na mayroong kandado at 16 na susi sa isang keychain. Ang bawat isa sa 16 na susi ay dapat subukan nang magkakahiwalay. Kapag hindi nabuksan ng una ang lock, maaaring subukan ang susunod, saka ang susunod dito, at magpapatuloy ito hanggang sa mabuksan ng tamang susi ang lock.

Ganunpaman, habang humahaba ang key length, ang bilang ng mga posibleng kombinasyon ay parami na nang parami sa exponential na paraan. Sa halimbawa sa itaas, ang pagdagdag ng ekstra na bit para pahabain ang key length sa 5 bits ay magreresulta sa 32 na posibleng mga kombinasyon. Ang pagpapahaba nito sa 6 bits ay magreresulta sa 64 na posibleng mga kombinasyon. Sa 256 bits, ang bilang ng posibleng kombinasyon ay malapit sa tinatayang bilang ng atoms sa daigdig.

Salungat dito, ang bilis sa proseso ng computation ay lumalaki lamang sa linear na paraan. Ang pagdoble sa bilis ng pagproseso ng isang kompyuter ay magreresulta lamang sa doble ng bilang ng mga hula na magagawa sa ibinigay na oras. Ang exponential na paglaki ay malayo sa linear na progreso sa panig ng panghuhula.

Tinatayang aabot ng ilang milenyo para sa isang classical computing na sistema para makahula ng 55-bit na key. Ang pinakamababang inirerekomendang laki para sa isang seed na ginagamit sa Bitcoin ay 128 bits, habang ang maraming wallet implementation ay gumagamit ng 256 bits.

Nagmumukha rito na ang classical computing ay hindi banta sa assymetric na encryption na ginagamit ng mga cryptocurrency at imprastraktura sa Internet.

Mga quantum na kompyuter

May isang klase ng mga kompyuter sa kasalukuyan na nasa maagang yugto ng pagpapaunlad kung saan ang ganitong mga klase ng problema ay hindi malaking bagay para solusyunan - mga quantum na kompyuter. Ang mga quantum na kompyuter ay base sa mga pangunahing prinsipyo na inilalarawan sa teorya ng quantum mechanics, na nakatuon sa kung paano kumikilos ang mga subatomic particle.

Sa classical na kompyuter, ang bit ay ginagamit para kumatawan sa impormasyon, at ang bit ay maaaring magkaroon ng estado na 0 o kaya 1. Ang mga quantum na kompyuter ay gumagamit ng quantum bits o qubits. Ang qubit ay ang pangunahing unit ng impormasyon sa isang quantum na kompyuter. Tulad ng isang bit, ang qubit ay maaaring magkaroon ng estado na 0 o 1. Ganunpaman, salamat sa pagiging kakaiba ng quantum mechanical phenomena, ang estado ng isang qubit ay maaari ring maging parehong 0 at 1 sa parehong oras.

Nag-udyok ito ng pananaliksik at pagpapaunlad sa larangan ng quantum computing, kung saan ang parehong mga unibersidad at mga pribadong kompanya ay namuhunan ng oras at pera sa pagtuklas sa nakasasabik na larangang ito. Ang pagtalakay sa abstract na teorya at mga praktikal na problema sa engineering na kinakatawan ng larangang ito ay nasa bingit ng tagumpay ng mga tao sa teknolohiya.

Sa kasamaang palad, isang epekto ng mga quantum na kompyuter na ito ay ang mga algorithm na bumubuo sa basehan ng assymetric na cryptography ay masyadong maliit para lutasin, kaya nababasag ang mga sistema na nakaasa sa kanila.

Muli nating ipagpalagay ang halimbawa ng pagbasa sa 4-bit key. Sa teorya, ang 4-qubit na kompyuter ay magagawang kunin ang lahat ng 16 na estado (kombinasyon) nang minsanan, sa iisang computational na gawain. Ang posibilidad ng paghanap sa tamang key ay laging 100% sa oras na magagawa nitong isakatuparan ang computation.

quantum na kompyuter na hinuhulaan ang 4-bit key mula sa 16 na posibleng kombinasyon.

Mga quantum-resistant na cryptography

Ang pag-usbong ng quantum computing na teknolohiya ay maaaring magpahina sa cryptography na batayan ng karamihan sa ating mga modernolng digital na imprastraktura, kabilang ang mga cryptocurrency.

Inilalagay nito sa panganib ang seguridad, operasyon, at komunikasyon ng buong mundo, mula sa mga gobyerno hanggang at mga multinational na korporasyon hanggang sa mga inidibidwal na user. Hindi nakagugulat na malaking bahagi ng pananaliksik ang nakatuon sa pag-iimbestiga at pagpapaunlad ng mga hakbang laban sa teknolohiyang ito. Ang mga cryptographic na algorithm na ipinagpapalagay na ligtas laban sa panganib ng mga quantum na kompyuter ay kilala bilang mga quantum-resistant na cryptography.

Sa pinakamababang lebel, mukhang maaagapan ang panganib na kaugnay ng mga quantum na kompyuter gamit ang symmetric key cryptography sa pamamagitan ng simpleng pagdagdag lamang sa haba. Ang larangang ito ng cryptography ay isinantabi ng assymetric key cryptography dahil sa mga isyu na umusbong mula sa pagbabahagi ng iisang secret key sa isang bukas na daluyan. Ganunpaman, maaari itong umusbong mula sa pag-unlad ng quantum computing.

Maaari ring makita sa quantum cryptography mismo ang solusyon sa problema sa ligtas na pagbabahagi ng iisang key sa bukas na daluyan. Ang mga pagpapaunlad ay ginagawa para makabuo ng mga hakbang laban sa eavesdropping. Ang mga eavesdropper sa isang shared na daluyan ay maaaring matukoy gamit ang parehong mga prinsipyo na kinakailangan sa pagpapaunlad ng mga quantum na kompyuter. Ginagawa nitong posible na alamin kung ang isang shared symmetric key ay dati nang nabasa o nadaya ng isang third party.

Maraming ibang mga daan sa pananaliksik na sinusuri para labanan ang mga posibleng attack na nakabase sa quantum. Maaaring kaugnay nito ang mga simpleng technique tulad ng hashing para makagawa ng malaking mensahe o ibang mga paraan tulad ng lattice-based na cryptography. Layunin ng lahat ng mga research na ito ang makagawa ng mga bagong uri ng encryption na mahirap para sa mga quantum na kompyuter na i-attack.

Mga quantum na kompyuter at Bitcoin mining

Gumagamit din ng cryptography ang Bitcoin mining. Nag-uunahan ang mga miner para makalutas ng isang cryptographic puzzle kapalit ng block reward. Kung ang isang miner ay magkakaroon ng access sa isang quantum na kompyuter, maaari siyang maghari sa network. Mapapababa nito ang decentralization ng network at potensyal na mailantad ito sa isang 51% attack.

Ganunpaman, ayon sa ilang mga eksperto, hindi ito agarang pananib. Napabababa ng Application-Specific Integrated Circuits (ASICs) ang pagiging epektibo ng ganitong attack — masasabi ito para sa malapit na hinaharap. Ganun din, kung ilang mga miner ang magkaroon ng access sa quantum na kompyuter, ang panganib sa ganitong attack ay napabababa nang malaki.

Pangwakas na ideya

Tila oras lamang ang binibilang sa pagpapaunlad sa quantum computing at ang resulta nitong panganib sa kasalukuyang mga implementasyon ng asymmetric encryption. Ganunpaman, hindi ito problemang agad dapat masolusyunan - may mga gahiganteng balakid sa teorya at engineering na dapat malagpasan bago ito maisakatuparan.

Dahil sa malaki ang mga nakataya kaugnay sa seguridad ng impormasyon, makatuwiran na simulan na ang paglalatag ng plano laban sa mga hinaharap na attack vector. Mabuti na lang dahil malaking halaga ng research ang isinagawa tungkol sa mga potensyal na solusyon na maaaring ipakalat sa mga kasalukuyang sistema. Sa teorya, ang mga solusyon na ito ay tumitiyak sa kinabukasan ng mga kritikal na imprastraktura laban sa mga banta ng mga quantum na kompyuter.

Maaaring ipakalat sa publiko ang mga quantum-resistant na batayan sa parehong paraan kung paano inilatag ang mga end-to-end encryption sa mga kilalang browser at messaging application. Oras na maisa-pinal ang mga batayang ito, maaaring gamitin ng ecosystem ng cryptocurrency ang mga posibleng pinakamalakas na depensa laban sa mga attack vector na ito nang hindi gaanong nahihirapan.