Взлом BTC квантовыми супер-компьютерами: возможен ли?

Google Quantum Computer

Угрозы квантовых компьютеров для блокчейна Биткоина: обзор проблемы

1. Введение в проблему

Биткоин (BTC) – это децентрализованная платёжная система и криптовалюта, опирающаяся на криптографические методы для проверки транзакций и обеспечения безопасности. Основные элементы её защиты:

Криптографические хэши (SHA-256).
Криптографические подписи (ECDSA), подтверждающие владение приватными ключами.

С развитием квантовых компьютеров возникает вопрос: насколько устойчивы современные криптографические алгоритмы, на которых базируется Биткоин, перед квантовыми вычислениями?

Почему квантовые компьютеры считаются угрозой?

Классический компьютер выполняет вычисления последовательно в двоичной логике.
Квантовый компьютер использует суперпозицию и запутанность, что позволяет ему выполнять определённые вычисления значительно быстрее.
Алгоритм Шора и алгоритм Гровера – известные примеры, которые теоретически могут ослабить многие криптографические системы при достаточной мощности квантовых компьютеров.

2. Основные элементы криптографии в Биткоине

Безопасность блокчейна Биткоина обеспечивают:

1. Хэш-функция SHA-256

Используется в майнинге для доказательства работы (Proof-of-Work) и для создания хэш-цепочки блоков.
Обеспечивает одностороннее преобразование данных, что делает практически невозможным восстановление исходных данных из хэша.

2. Криптографическая подпись на эллиптических кривых (ECDSA)

Каждый пользователь имеет пару ключей: приватный и публичный.
Приватный ключ используется для подписания транзакций, а публичный – для проверки подписи.
ECDSA с длиной ключа 256 бит считается безопасным для классических вычислений.

Угрозы квантовых вычислений:

Поиск приватного ключа по публичному

Алгоритм Шора позволяет решать задачу дискретного логарифмирования за полиномиальное время.
Если квантовый компьютер сможет использовать алгоритм Шора для 256-битного ECDSA, это создаст угрозу безопасности.

Поиск коллизий SHA-256

Алгоритм Гровера ускоряет поиск коллизий в хэш-функциях.
Однако даже при этом требуется порядка 21282^{128} операций для взлома SHA-256, что пока остаётся недостижимым.

Наиболее уязвимым компонентом остаётся ECDSA, а не SHA-256.

3. Условия для возникновения угрозы

Мощность квантовых компьютеров

Для взлома 256-битных ключей потребуется десятки или сотни тысяч стабильных кубитов с коррекцией ошибок.
Современные квантовые устройства пока не обладают такой мощностью.

Скорость вычислений

Злоумышленник должен вычислить приватный ключ быстрее, чем владелец успеет переместить средства на другой адрес.

Ценность атакуемого адреса

Атака имеет смысл только на крупные суммы или ключевые адреса в системе.

4. Потенциальные сценарии угроз

1. Атака на статические адреса

Если публичный ключ уже был опубликован (например, при прошлой транзакции), квантовый компьютер может попытаться вычислить приватный ключ.

2. Атака на свежие транзакции

Публичный ключ становится видимым в момент подписания транзакции. Злоумышленник мог бы попытаться взломать его до подтверждения транзакции сетью.

3. Атака на Proof-of-Work

Квантовые вычисления могут ускорить поиск хэша для майнинга.
Однако даже при квадратичном ускорении сложность SHA-256 остаётся высокой, а экономическая рентабельность таких атак сомнительна.

5. Механизмы защиты и перспективы

5.1. Переход к постквантовой криптографии

Криптографическое сообщество разрабатывает устойчивые к квантовым атакам алгоритмы:

Решёточные схемы (lattice-based cryptography).
Кодовые системы (code-based cryptography).
Другие постквантовые подходы.

Сообщество Биткоина обсуждает возможность внедрения таких алгоритмов через форки, если угроза станет реальной.

5.2. Использование новых адресов после каждой транзакции

Регулярная смена адресов и перевод остаточных средств на новые адреса делают взлом более сложным.

5.3. Хранение BTC на хэшированных адресах

Пока публичный ключ не опубликован, атака невозможна без нахождения способа взлома хэша (RIPEMD160, SHA-256).

5.4. Хардфорки и экстренная миграция

В случае реальной угрозы сеть может перейти на новые алгоритмы через хардфорк.
Владельцы BTC смогут переместить средства на новые защищённые адреса.

6. Реальность угрозы

На данный момент:

Квантовые компьютеры не обладают достаточной мощностью для взлома ECDSA или SHA-256.
Разработка таких устройств может занять 10–15 лет или больше.
Криптографическое сообщество активно тестирует постквантовые алгоритмы и готовится к потенциальным угрозам.

7. Заключение

Квантовая угроза для Биткоина теоретически возможна, но её реализация в ближайшие годы маловероятна.
Разработчики Биткоина и криптографическое сообщество уже готовятся к возможным изменениям и обновлениям сети.
Регулярная смена адресов и хранение средств на нераскрытых публичных ключах остаются лучшими практиками для минимизации риска.

Итог: у Биткоина есть время и инструменты для адаптации к потенциальным квантовым угрозам.