Bitcoini kaitse murdmiseks piisaks 20 000 kubitist, kuid vajalikku kvantarvutit veel pole

19 397 kubitti ja 25,7 päeva

IonQ teadlased võtsid sihikule 256-bitise secp256k1 elliptilise kõvera, mida Bitcoin kasutab tehingute digitaalallkirjade juures. Selle turvalisus põhineb elliptilise kõvera diskreetse logaritmi probleemi raskusel.

Tavalise arvutiga pole privaatvõtme leidmine avaliku võtme põhjal realistlik. Piisavalt võimas kvantarvuti saaks aga kasutada Shori algoritmi ning muuta sama ülesande lahendatavaks.

Uue töö järgi vajaks selleks kohandatud lõksustatud ioonidega kvantarvuti 19 397 füüsilist kubitti. Üks arvutus kestaks hinnanguliselt 25,7 päeva. Teadlaste kasutatud hinnangu järgi ulatub ühe katse õnnestumise tõenäosus umbes 63 protsendini.

See viimane number on oluline. „26 päeva” ei tähenda garanteeritud privaatvõtit 26. päeva õhtuks, vaid ühe kvantarvutuse hinnangulist kestust.

Suur läbimurre peitub kubittide arvus

Töö teeb tähelepanuväärseks eelkõige vajaliku riistvara suurus. Varasemad hinnangud on nõudnud sama klassi ülesannete jaoks märksa rohkem füüsilisi kubitte.

IonQ meeskond optimeeris korraga algoritmi, kompilaatorit, veaparandust ja Walking Cat nimelist kvantarvuti arhitektuuri. Lõplik arvutus kasutab umbes 1450 loogilist kubitti ning ligikaudu 40 miljonit Toffoli väravat.

Teadlased ei piirdunud abstraktse algoritmiga. Nad kompileerisid arvutuse konkreetse arhitektuuri tasemele, arvestades muu hulgas kubittide liigutamist, veaparandust, ioonide kadumist ja nende asendamist.

Seetõttu on 20 000 kubitti palju sisukam hinnang kui lihtsalt teoreetiline väide, et Shori algoritm võib kunagi Bitcoini krüptograafiat murda.

Bitcoini pole praegu võimalik niimoodi rünnata

Siin läheb sensatsiooniline pealkiri tegelikkusest lahku. IonQ ütleb ise otsesõnu, et ükski praegune kvantarvuti ei suuda kirjeldatud rünnet käivitada. Uuringus ei murtud ühtegi rahakotti, privaatvõtit ega Bitcoini võrgu osa.

Probleem pole ainult kubittide arvus. Vaja läheb ligi 20 000 piisavalt kvaliteetset füüsilist kubitti koos toimiva veaparandusega ning süsteemi, mis suudab peaaegu kuu aega järjest tohutul hulgal kvantoperatsioone sooritada.

Uuring eeldab isegi ioonide pidevat asendamist, sest osa neist kaob töö käigus lõksust. Arvutus näitab vajadust lisada süsteemi keskmiselt ligikaudu kümme iooni sekundis kogu 26-päevase töö vältel. See pole päris sama asi nagu sülearvuti ööseks Bitcoini murdma jätmine.

Oht puudutab privaatvõtmeid, mitte Bitcoini plokiahela „lahtimurdmist”

Veel üks oluline täpsustus: kvantarvuti ei kustutaks Bitcoini plokiahelat ega arvutaks maagiliselt kõiki münte endale.

Shori algoritm ründaks digitaalallkirjade krüptograafiat. Kui ründaja saab kätte kasutaja avaliku võtme ja suudab sellest piisavalt kiiresti tuletada privaatvõtme, võib ta põhimõtteliselt luua kehtiva allkirja ning vastavaid vahendeid liigutada.

See tähendab, et probleem pole ainult Bitcoinis. Elliptilise kõvera krüptograafiat kasutatakse laialdaselt ka väljaspool krüptoraha. Just seepärast on uuring tähtsam kui järjekordne lugu Bitcoini võimalikust lõpust. Küsimus puudutab tervet tänapäevase avaliku võtme krüptograafia põlvkonda.

26 päeva võib tulevikus kiiresti lüheneda

Ka uuringu 25,7 päeva pole mingi füüsikaseadusest tulenev piir. See on konkreetse arhitektuuri ja konkreetsete eelduste tulemus.

Autorid vähendasid juba praegu ühe arvutuse kõige kulukama operatsiooni aega ligikaudu 31 korda võrreldes Walking Cat arhitektuuri üldisema lahendusega. Ilma nende optimeerimisteta oleks sama arvutus võtnud hinnanguliselt 411 päeva.

See on küberturvalisuse seisukohalt uuringu kõige ebamugavam osa. Oht ei sõltu ainult sellest, kui kiiresti kasvab kvantarvutite kubittide arv. Sama tähtsad on veaparanduse, algoritmide ja arhitektuuri täiustused. Parem matemaatika võib muuta olemasoleva riistvara palju ohtlikumaks ka ilma kubittide arvu kümnekordistamata.

Praegu pole paanikaks põhjust, migreerumiseks küll

Uuring ei näita, et Bitcoin muutuks 26 päeva pärast või isegi 26 kuu pärast kasutuks. See näitab hoopis, millise klassi masinat peaks krüptograafia tulevikuks taluma.

IonQ ise seob arvutuse postkvantkrüptograafiale ülemineku vajadusega. Kvantarvutitele vastupidavad algoritmid on juba olemas ning probleem seisneb nende piisavalt varases kasutuselevõtus.

Bitcoini jaoks tähendab see pikemas perspektiivis vajadust muuta allkirjastamise lahendust enne, kui krüptograafiliselt relevantne kvantarvuti päriselt valmis saab.