Квантовый прорыв Google может угрожать безопасности Биткойна раньше, чем ожидалось

Google объявила, что квантовые компьютеры могут потребовать в 20 раз меньше ресурсов, чем считалось ранее, для взлома RSA шифрования — той же технологии, которая обеспечивает безопасность криптовалютных кошельков. С новым квантовым чипом Willow, представленным в декабре 2024 года, Google утверждает, что он может потенциально взломать шифрование Биткойна всего за два дня.

Согласно Google, их квантовый процессор Willow может решать определенные задачи за пять минут, которые заняли бы у обычных суперкомпьютеров примерно 10 септильонов лет. Это квантовое преимущество вызвало опасения по поводу потенциальных угроз целостности и безопасности блокчейна Биткойн.

Исследователи Google предупреждают об ускоренной временной шкале угрозы квантовых технологий

"2048-битное шифрование RSA теоретически может быть сломано квантовым компьютером с 1 миллионом шумных кубитов, работающим в течение одной недели," согласно исследованию Google.

Технологический гигант утверждает, что его недавний прорыв приближает квантовые вычисления к тому, чтобы стать практической реальностью — и реальной угрозой для безопасности Биткойна. Крейг Гидни, научный сотрудник по квантовым исследованиям в Google, подчеркивает, что понимание стоимости квантовых атак имеет решающее значение для планирования перехода на квантово-устойчивые криптосистемы.

Предыдущее предположение Гидни в 2019 году указывало на то, что факторизация целых чисел RSA размером 2048 бит потребует 20 миллионов кубитов и займет примерно восемь часов. Его обновленное исследование значительно снижает эти требования:

"Я оцениваю, что целое число RSA размером 2048 бит может быть разложено за меньше чем за неделю квантовым компьютером с менее чем миллионом шумных кубитов. Это в 20 раз меньшее количество кубитов по сравнению с нашей предыдущей оценкой."

Хотя Гидни уверяет, что цифровые активы в настоящее время остаются в безопасности, он предупреждает, что траектория развития квантовых вычислений должна волновать держателей криптовалюты.

Технические улучшения, способствующие квантовому ускорению

Google связывает это ускорение с прорывами как в алгоритмах, так и в методах коррекции ошибок. На алгоритмическом фронте исследователи разработали методы для вычисления модульных экспоненциальных функций — математической основы систем шифрования — в два раза эффективнее, чем раньше.

Исправление ошибок также значительно улучшилось. Команда утроила плотность пространства логических кубитов, введя дополнительный слой исправления ошибок, эффективно упаковывая больше полезных квантовых операций в том же физическом пространстве.

Еще одной ключевой инновацией является то, что Google называет "выращиванием магического состояния" — техникой, которая повышает надежность специальных квантовых ингредиентов, известных как T-состояния. Этот подход позволяет квантовым компьютерам выполнять сложные операции более эффективно, не тратя ресурсы впустую, что сокращает пространство, необходимое для фундаментальных квантовых операций.

Биткойн использует шифрование на основе эллиптических кривых (ECC), которое работает на математических принципах, аналогичных RSA. Исследования Google предполагают, что если квантовые компьютеры смогут взломать шифрование RSA быстрее, чем предполагалось ранее, то временные рамки уязвимости безопасности Биткойна могут ускоряться.

Проект 11 запускает инициативу по тестированию квантовой безопасности

Группа исследований в области квантовых вычислений под названием Project 11 установила награду в размере около 85 000 долларов за любые данные, которые могут сломать даже упрощенную версию шифрования Биткойна с использованием квантовых технологий. Проект в настоящее время тестирует ключи длиной от 1 до 25 бит, что значительно меньше, чем 256-битное шифрование Биткойна, чтобы оценить прогресс в возможностях квантовых вычислений.

Проект 11 отмечает, что безопасность Биткойна в основном основывается на шифровании эллиптической кривой, которое, по их мнению, в конечном итоге станет уязвимым для квантовых компьютеров, работающих по алгоритму Шора — квантовому алгоритму, специально разработанному для нахождения простых делителей целых чисел экспоненциально быстрее, чем лучший известный классический алгоритм.

Индустрия готовится к переходу на безопасность после квантовой эпохи

Google предупреждает, что противники уже могут собирать зашифрованные данные с планами расшифровать их позже, когда станут доступны достаточно мощные квантовые компьютеры — стратегия, известная как "собирать сейчас, расшифровывать позже." Компания сообщает, что она проактивно шифрует трафик в Chrome и в своих внутренних системах, внедряя стандартизированные версии ML-KEM (a пост-квантового криптографического алгоритма ) по мере их появления.

Национальный институт стандартов и технологий (NIST) выпустил стандарты пост-квантового шифрования в прошлом году, рекомендуя поэтапно вывести уязвимые системы из эксплуатации после 2030 года. Однако последние исследования Google предполагают, что этот график может потребовать ускорения.

Другие крупные технологические компании также активно инвестируют в развитие квантовых вычислений. IBM заключила партнерство с Токийским университетом и Университетом Чикаго по планам создания квантового компьютера на 100 000 кубитов к 2030 году, в то время как Quantinuum стремится предоставить полностью защищённый от ошибок квантовый компьютер к 2029 году.