Технологія з нульовим розголошенням є ключем до квантово-стійкого Біткоїна

Коли дослідники квантових обчислень святкують прорив після прориву, базі активів Web3 вартістю 4 трильйони доларів загрожує часовий бомба. Минулого грудня, Google оголосила що їхній квантовий чип Willow виконав обчислення менш ніж за п’ять хвилин, на яке надсучасному суперкомп’ютеру знадобилося б десять септильйон років (приблизно у 100 трильйонів разів довше за вік нашого Всесвіту). Відкриття ліків, матеріалознавство, фінансове моделювання та задачі оптимізації будь-якого виду увійдуть у золоту епоху завдяки квантовим технологіям. Але більшість сучасного шифрування, яке базується на математичних задачах, що є фактично нерозв’язними для класичного комп’ютера, може бути миттєво зламане квантовим.

У Web3 опоненти вже збирають зашифровані блокчейн-дані для подальшого розшифрування, коли квантові технології стануть зрілими. Інвестиції в криптовалюти, по суті, є інвестиціями в цілісність криптографії, яку безпосередньо загрожує квантове обчислення.

На щастя, дослідники продемонстрували, що спеціалізована криптографія з нульовим розголошенням (ZK) може допомогти зробити найбільш цінні блокчейни індустрії стійкими до квантових обчислень, забезпечуючи Web3 можливістю користуватися перевагами квантових технологій — від нових антибіотиків до гіпероптимізованих ланцюгів постачання — одночасно захищаючи його від потенційних загроз.

Квантова перевага

22 жовтня Google опублікувала перевірені результати в Природа демонструючи, що його квантовий чип «корисний для вивчення структури систем у природі, від молекул до магнітів і чорних дір, [працює] у 13 000 разів швидше за найкращий класичний алгоритм на одному з найшвидших суперкомп’ютерів світу». Що вражає у цих результатах, так це те, що вони не базувалися на штучно створеному бенчмарку, як у попередньому прикладі, а на прикладних проблемах з безпосередньою науковою користю.

Попри очевидну користь квантових технологій для людських знань, вони становлять беззаперечну загрозу для криптографії загалом та майже $4 трильйонів цифрових активів зокрема. Фонд з прав людини опублікував звіт показують, що понад шість мільйонів BTC знаходяться на ранніх типах рахунків, що є «квантово вразливими», включно з 1,1 мільйоном BTC, які належать Сатоші і лежать без діла. Саме вони, ймовірно, стануть першими жертвами «Q Дня» (день, коли квантові обчислення стануть достатньо потужними для зламу публічно-ключового шифрування).

І Ethereum, і Bitcoin покладаються на алгоритм цифрового підпису на основі еліптичних кривих (ECDSA), який відомий вразливий до «алгоритму Шора», квантового алгоритму, розробленого в 1990-х роках для швидкого обчислення простих множників великих цілих чисел, що є проблемою, зовсім необчислюваною для класичних комп’ютерів. Теоретично навіть можливо, що квантові технології мають вже зламаний Bitcoin; ми просто ще цього не усвідомили.

І все ж, багато дослідників применшують загрозу. Джеймсон Лопп, відомий у колах кіберпанку, опубліковано на X, що «страх і невизначеність щодо квантових обчислень можуть бути значно більшою загрозою, ніж самі квантові обчислення». Іншими словами, єдине, чого нам варто боятися — це самого страху. Але незалежно від того, кого запитати, загроза квантових технологій не є нульовою. Віталік Бутерін оцінює ймовірність того, що квантові обчислення зламають Ethereum, у 20% до 2030 року. А це означає, що ми маємо бути готові.

Термін має велике значення. Збирати врожай зараз, розшифровувати пізніше — це значно прискорює графік подій. Потенційні нападники (включно з державами-націями та хакерськими групами) накопичують зашифровані блокчейн-дані — від резервних копій гаманців до даних біржевого кастодіуму — для злому, коли настане ера квантових обчислень. Кожна транзакція, передана в мережу, кожен відкритий ключ, що був оприлюднений, стає боєприпасом для майбутніх атак. Вікно для впровадження квантово-стійкої криптографії звужується з кожним кварталом.

Увійдіть у світ доказів з нульовим розголошенням

Краса криптографії з нульовим розголошенням (ZK) полягає в її витонченості та простоті. Доказувач може переконати перевіряча в істинності твердження, не розкриваючи жодної інформації, окрім самої валідності. У міру розвитку технології ZK часи побудови доказів скоротилися з годин до секунд, а розміри доказів зменшилися з мегабайт до кілобайт. Обчислювальні витрати, особливо для ШІ, залишаються високими, що обмежує її корисність у сферах з високими ставками, таких як Web3, традиційне банківство та оборона.

Нульове знання та квантові технології

З першого погляду може бути неочевидно, як технологія з нульовим розкриттям може захистити блокчейни від квантових атак. Докази з нульовим розкриттям – це інструменти конфіденційності, спосіб довести істинність без розкриття жодної базової інформації. Але ті ж самі методи збереження конфіденційності можуть бути побудовані на основі квантово-стійкої математики, перетворюючи ZK на широкий щит для блокчейнів. Докази на основі хешування (з використанням zk-STARKs) та докази на основі ґрат, побудовані на задачах, з якими навіть потужні квантові машини мають труднощі, не залежать від квантово-вразливих еліптичних кривих.

Проте квантово-стійкі ZK-докази є більшими та важчими за нинішні версії. Це ускладнює їх зберігання та робить дорожчою їх перевірку на блокчейнах із жорсткими обмеженнями простору. Але вигода величезна: вони пропонують шлях для захисту мільярдів активів на блокчейні без що потребує негайного, ризикового перегляду базового протоколу.

Іншими словами, ZK надає блокчейнам гнучкий шлях оновлень. Замість того, щоб повністю замінювати всю систему підписів за одну ніч, мережі можуть поступово додавати квантово-безпечні ZK-докази до транзакцій — що дозволяє старій та новій криптографії співіснувати протягом перехідного періоду.

Квантова перевага для Web3

Сучасні комп’ютери можуть лише імітувати випадковість. Вони використовують формули для генерації «випадкових» чисел, проте ці числа в кінцевому підсумку виробляються за допомогою передбачуваного процесу. Це означає, що частини блокчейн-системи — наприклад, вибір валідатора, який пропонує наступний блок, або визначення переможця децентралізованої лотереї — можуть бути тонко впливовими на фінансову вигоду зловмисників. Але на початку цього року квантові дослідники досягнуто визначна подія: сертифікована випадковість.

Квантові системи використовують природні, непередбачувані явища, такі як спін фотона або розпад частинки. Це справжня, незмінна випадковість, яку класичні комп’ютери не можуть забезпечити.

Для блокчейнів це велика подія. Екосистема Web3 потребує публічного квантово-обґрунтованого маяка випадковості для ініціювання основних механізмів, що забезпечують роботу блокчейнів. Завдяки квантовим технологіям ми можемо створити такий маяк, який буде чесним, захищеним від підробок та неможливим для маніпуляцій. Це рішення, яке усуне давні недоліки децентралізованих лотерей і вибору валідаторів.

Ось у чому питання. Чи серйозно Web3 займеться квантово-стійкою криптографією до того, як квантові комп’ютери стануть повноцінними? Історія свідчить, що оновлення базового рівня великих блокчейн-протоколів можуть тривати роками, частково через відсутність центральної координації, властивої децентралізованим системам. Втім, індустрія не може дозволити собі чекати, поки квантові технології зламають ECDSA, перш ніж вжити заходів.

Ми можемо сперечатися щодо точних термінів, але квантове майбутнє — це неминуча реальність, що наближається. Технологія ZK може захистити Web3 у цей перехідний період, перетворюючи квантові загрози на квантові можливості.

Час діяти настав, поки ми ще можемо.