Технология с нулевым разглашением — ключ к квантовому иммунитету Биткойна

Пока исследователи квантовых вычислений празднуют прорыв после прорыва, база активов Web3 стоимостью 4 триллиона долларов сталкивается с тикающей бомбой замедленного действия. В декабре прошлого года, Google объявила что их квантовый чип Willow выполнил вычисление менее чем за пять минут, на которое самый современный суперкомпьютер затратил бы десять септиллион лет (примерно в 100 триллионов раз дольше возраста нашей вселенной). Открытие новых лекарств, материаловедение, финансовое моделирование и задачи оптимизации всех видов вступят в золотой век благодаря квантовым технологиям. Но большинство современных методов шифрования, основанных на математических задачах, которые классический компьютер решить практически невозможно, могут быть мгновенно взломаны квантовыми вычислениями.

В сфере Web3 противники уже собирают зашифрованные данные блокчейна, чтобы расшифровать их позже, когда квантовые технологии станут зрелыми. Инвестиции в криптовалюту по сути являются инвестициями в целостность криптографии, которую напрямую угрожает квантовые вычисления.

К счастью, исследователи продемонстрировали, что специализированная криптография с нулевым разглашением (ZK) может помочь сделать наиболее ценные блокчейны отрасли квантово-устойчивыми, обеспечивая Web3 возможность воспользоваться преимуществами квантовых технологий — от новых антибиотиков до гипероптимизированных цепочек поставок — при этом защищая его от связанных с ними рисков.

Квантовое преимущество

22 октября Google опубликовала проверяемые результаты в Природа демонстрируя, что его квантовый чип «полезен для изучения структуры систем в природе, от молекул до магнитов и черных дыр, [работая] в 13 000 раз быстрее лучшего классического алгоритма на одном из самых быстрых суперкомпьютеров мира». Удивительным в этих результатах является то, что они не основаны на искусственно созданном эталоне, как в предыдущем примере, а на прикладных задачах с непосредственной научной пользой.

Несмотря на очевидную пользу квантовых технологий для человеческих знаний, они несут неоспоримую угрозу криптографии в целом и почти $4-триллионной базе цифровых активов в частности. Фонд прав человека опубликовал отчёт показывающий, что более шести миллионов BTC находятся в ранних, «квантово уязвимых» типах счетов, включая бездействующие 1,1 миллиона BTC Сатоши. Вероятно, именно они станут первыми жертвами «Q-дня» (день, когда квантовые технологии станут достаточно мощными для взлома публично-ключевого шифрования).

Как Ethereum, так и Bitcoin используют алгоритм цифровой подписи на эллиптических кривых (ECDSA), который известен своей уязвимый к «алгоритму Шора», квантовому алгоритму, разработанному в 1990-х годах для быстрого вычисления простых множителей больших целых чисел — задачи, которая в противном случае полностью нерешаема для классических компьютеров. Теоретически даже возможно, что квантовый уже сломанный Биткойн; мы просто ещё этого не осознали.

И тем не менее, многие исследователи отвергали эту угрозу. Джеймсон Лопп, известный в сообществе шифропанков, опубликовано в X, что «страх и неопределённость по поводу квантовых вычислений могут быть куда большей угрозой, чем сами квантовые вычисления». Другими словами, единственное, чего нам действительно стоит бояться, — это страх. Но независимо от того, к кому вы обратитесь, угроза квантовых технологий не равна нулю. Виталик Бутерин оценивает вероятность взлома Ethereum квантовыми компьютерами в 20% к 2030 году. А это значит, что нам необходимо быть готовыми.

Временные сроки имеют огромное значение. Собирать урожай сейчас, расшифровывать позже — означает существенно сдвинуть временную шкалу вперёд. Потенциальные злоумышленники (включая государства и хакерские группировки) аккумулируют зашифрованные данные блокчейна — от резервных копий кошельков до данных биржевого хранения — чтобы взломать их, когда квантовые технологии достигнут зрелости. Каждая транзакция, переданная в сеть, каждый раскрытый открытый ключ становится боеприпасом для будущих атак. Окно для внедрения квантово-устойчивой криптографии сужается с каждым кварталом.

Введите доказательства с нулевым разглашением

Красота криптографии с доказательствами с нулевым разглашением (ZK) заключается в её элегантности и простоте. Удостоверяющее лицо может убедить проверяющего в истинности утверждения, не раскрывая никакой информации, кроме самой достоверности. По мере развития технологии ZK время генерации доказательств сократилось с часов до секунд, а их размер уменьшился с мегабайтов до килобайтов. Вычислительные затраты, особенно для ИИ, остаются высокими, что ограничивает их применение высокорисковыми областями, такими как Web3, традиционный банковский сектор и оборона.

Нулевые знания и квантовые технологии

На первый взгляд может быть неочевидно, как технологии с нулевым разглашением могут защитить блокчейны от квантовых атак. Доказательства с нулевым разглашением — это инструменты конфиденциальности, способ подтвердить истинность утверждения без раскрытия какой-либо исходной информации. Однако те же методы сохранения конфиденциальности могут быть также построены на основе устойчивой к квантовым вычислениям математики, превращая ZK в широкий щит для блокчейнов. Доказательства на основе хешей (с использованием zk-STARKs) и доказательства на основе решёток, построенные на задачах, с которыми даже мощные квантовые машины испытывают трудности, не зависят от уязвимых к квантовым атакам эллиптических кривых.

Но квантово-устойчивые ZK-доказательства больше и тяжелее, чем современные версии. Это затрудняет их хранение и делает более дорогостоящей проверку на блокчейнах с ограниченным пространством. Однако выгода огромна: они предлагают путь к защите миллиардов ончейн-активов без требующий немедленного, рискованного пересмотра базового протокола.

Другими словами, ZK предоставляет блокчейнам гибкий путь обновления. Вместо того чтобы за одну ночь полностью заменять свою систему подписей, сети могут постепенно добавлять квантово-устойчивые ZK-доказательства к транзакциям — позволяя старой и новой криптографии сосуществовать в течение переходного периода.

Квантовое преимущество для Web3

Современные компьютеры могут лишь имитировать случайность. Они используют формулы для генерации «случайных» чисел, но эти числа в конечном итоге создаются предсказуемым процессом. Это означает, что некоторые элементы блокчейн-системы — такие как выбор валидатора, который будет предлагать следующий блок, или определение победителя децентрализованной лотереи — могут быть косвенно подвержены влиянию в финансовых интересах злоумышленников. Однако ранее в этом году квантовые исследователи достигнул знаменательная веха: сертифицированная случайность.

Квантовые системы используют естественные, непредсказуемые явления, такие как спин фотона или распад частицы. Это подлинная, неподделываемая случайность, которую классические компьютеры предоставить не могут.

Для блокчейнов это большое событие. Экосистеме Web3 необходим публичный квантовый маяк случайности для запуска основных механизмов, обеспечивающих работу блокчейнов. Благодаря квантовым технологиям мы можем создать такой маяк, который будет справедливым, защищённым от вмешательства и невозможным для манипуляций. Решение, которое устранит давние недостатки децентрализованных лотерей и отбора валидаторов.

Здесь возникает вопрос. Станет ли Web3 серьезно относиться к квантово-устойчивой криптографии до того, как квантовые компьютеры достигнут зрелости? История показывает, что обновления базового уровня крупных блокчейн-протоколов могут занимать годы, отчасти из-за отсутствия централизованной координации, присущей децентрализованным системам. Тем не менее, индустрия не может позволить себе ждать, пока квантовые технологии взломают ECDSA, прежде чем принять меры.

Мы можем спорить о точных сроках, но квантовое будущее становится неотвратимой реальностью. ZK может защитить Web3 в этот переходный период, превращая квантовые угрозы в квантовые возможности.

Время действовать — сейчас, пока у нас ещё есть возможность.