211service.com
Kvantedatamaskiner utgjør en overhengende trussel mot Bitcoin-sikkerhet
Bitcoin tar verden med storm. Den desentraliserte digitale valutaen er en sikker betalingsplattform som alle kan bruke. Den er fri for innblanding fra myndighetene og drives av et åpent, peer-to-peer-nettverk.
Denne uavhengigheten er en av grunnene til at Bitcoin har blitt så populært, noe som har fått verdien til å stige bratt. I begynnelsen av 2017 var en enkelt bitcoin verdt rundt 1000 dollar. I november 2017 hadde dette steget til rundt 7000 dollar. Faktisk er den totale verdien av kryptovalutamarkedet rundt 150 milliarder dollar.
En avgjørende egenskap ved Bitcoin er sikkerheten. Bitcoins har to viktige sikkerhetsfunksjoner som hindrer dem i å bli stjålet eller kopiert. Begge er basert på kryptografiske protokoller som er vanskelige å knekke. Med andre ord, de utnytter matematiske funksjoner, som faktorisering, som er enkle i den ene retningen, men vanskelige i den andre - i det minste for en vanlig klassisk datamaskin.
Men det er et problem i horisonten. Kvantedatamaskiner kan enkelt løse disse problemene. Og de første kvantedatamaskinene er for tiden under utvikling.
Det reiser et presserende spørsmål: hvor sikker er Bitcoin mot den typen kvanteangrep som vil være mulig i løpet av de neste årene?
I dag får vi svar takket være arbeidet til Divesh Aggarwal ved National University of Singapore og noen få venner. Disse karene har studert trusselen mot Bitcoin fra kvantedatamaskiner og sier at faren er reell og overhengende.
Først litt bakgrunn. Bitcoin-transaksjoner lagres i en distribuert hovedbok som samler alle avtaler utført i en bestemt tidsperiode, vanligvis rundt 10 minutter. Denne samlingen, kalt en blokk, inneholder også en kryptografisk hash av forrige blokk, som inneholder en kryptografisk hash av den før det, og så videre i en kjede. Derav begrepet blockchain.
(En hash er en matematisk funksjon som gjør et sett med data av en hvilken som helst lengde til et sett med spesifikk lengde.)
Den nye blokken må også inneholde et nummer kalt nonce som har en spesiell egenskap. Når denne nonce hashes, eller kombinert matematisk, med innholdet i blokken, må resultatet være mindre enn en bestemt målverdi.
Gitt nonce- og blokkinnholdet er dette enkelt å vise, noe som lar hvem som helst verifisere blokkeringen. Men å generere nonce er tidkrevende, siden den eneste måten å gjøre det på er med rå makt – å prøve tall etter hverandre til en nonce blir funnet.
Denne prosessen med å finne en nonce, kalt gruvedrift, belønnes med Bitcoins. Gruvedrift er så beregningsintensivt at oppgaven vanligvis deles mellom mange datamaskiner som deler belønningen.
Blokken blir deretter plassert på den distribuerte hovedboken og, når den er validert, innlemmet i blokkjeden. Gruvearbeiderne starter deretter arbeidet med neste blokk.
Noen ganger finner to gruvegrupper forskjellige nonces og erklærer to forskjellige blokker. Bitcoin-protokollen sier at i dette tilfellet vil blokken som har blitt jobbet mer med bli innlemmet i kjeden og den andre forkastet.
Denne prosessen har en akilleshæl. Hvis en gruppe gruvearbeidere kontrollerer mer enn 50 prosent av beregningskraften på nettverket, kan den alltid mine blokker raskere enn den som har de andre 49 prosentene. I så fall kontrollerer den effektivt hovedboken.
Hvis det er ondsinnet, kan det bruke bitcoins to ganger, ved å slette transaksjoner slik at de aldri blir innlemmet i blokkjeden. De andre 49 prosentene av gruvearbeiderne er ikke desto klokere fordi de ikke har noe tilsyn med gruveprosessen.
Det skaper en mulighet for en ondsinnet eier av en kvantedatamaskin satt i arbeid som Bitcoin-gruvearbeider. Hvis denne beregningskraften bryter terskelen på 50 prosent, kan den gjøre det den vil.
Så Aggarwal og co undersøker spesifikt sannsynligheten for at en kvantedatamaskin blir så kraftig på nettverket. De ser på de anslåtte klokkehastighetene til kvantedatamaskiner i løpet av de neste 10 årene og sammenligner det med den sannsynlige kraften til konvensjonell maskinvare.
Konklusjonen deres vil være en lettelse for Bitcoin-gruvearbeidere over hele verden. Aggarwal og co sier at det meste av gruvedrift gjøres av applikasjonsspesifikke integrerte kretser (ASIC) laget av selskaper som Nvidia. Denne maskinvaren vil sannsynligvis opprettholde en hastighetsfordel i forhold til kvantedatamaskiner i løpet av de neste 10 årene eller så.
Vi finner at beviset på arbeid som brukes av Bitcoin er relativt motstandsdyktig mot betydelig hastighetsøkning av kvantedatamaskiner i løpet av de neste 10 årene, hovedsakelig fordi spesialiserte ASIC-gruvearbeidere er ekstremt raske sammenlignet med den estimerte klokkehastigheten til kvantedatamaskiner på kort sikt, sier de .
Men det er en annen trussel som er mye mer bekymringsfull. Bitcoin har en annen kryptografisk sikkerhetsfunksjon for å sikre at bare eieren av en Bitcoin kan bruke den. Dette er basert på den samme matematikken som brukes for krypteringssystemer med offentlig nøkkel.
Tanken er at eieren genererer to tall - en privat nøkkel som er hemmelig og en offentlig nøkkel som publiseres. Den offentlige nøkkelen kan enkelt genereres fra den private nøkkelen, men ikke omvendt. En signatur kan brukes til å bekrefte at eieren har den private nøkkelen, uten å avsløre den private nøkkelen, ved å bruke en teknikk kjent som et elliptisk kurvesignaturskjema.
På denne måten kan mottakeren verifisere at eieren besitter den private nøkkelen og derfor har rett til å bruke Bitcoinen.
Den eneste måten å jukse dette systemet på er å beregne den private nøkkelen ved å bruke den offentlige nøkkelen, noe som er ekstremt vanskelig med konvensjonelle datamaskiner. Men med en kvantedatamaskin er det enkelt.
Og det er slik kvantedatamaskiner utgjør en betydelig risiko for Bitcoin. Den elliptiske kurve-signaturordningen brukt av Bitcoin er mye mer utsatt, og kan bli fullstendig ødelagt av en kvantedatamaskin allerede i 2027, sier Aggarwal og co.
Faktisk utgjør kvantedatamaskiner en lignende risiko for alle krypteringssystemer som bruker en lignende teknologi, som inkluderer mange vanlige former for kryptering.
Det er offentlige nøkkelordninger som er motstandsdyktige mot angrep fra kvantedatamaskiner. Så det kan tenkes at Bitcoin-protokollene kan revideres for å gjøre systemet tryggere. Men det er ingen planer om å gjøre det nå.
Bitcoin er ikke fremmed for kontroverser. Den har holdt ut ulike stormer over sikkerheten. Men det er ingen garanti for at det vil klare seg bra i fremtiden. En ting er sikkert: presset for å endre seg vil øke etter hvert som de første kraftige kvantedatamaskinene kommer på nett i løpet av de neste årene.
Ref: arxiv.org/abs/1710.10377 : Kvanteangrep på Bitcoin, og hvordan man kan beskytte seg mot dem