Truer kvantecomputeren bitcoin og de andre kryptovalutaer?

Af Torben Okholm, Alt om Data

Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.

Alle, der ikke er dødtrætte af ordene “blockchain” ,“krypto” og “NFT” (for ikke at tale om omtale af kvantecomputere) vil måske finde det interessant, at alle fænomenerne måske er væk om nogle få år.

De bliver formentlig erstattet af noget andet, men diskussionen om dette emne er interessant. Kan en tilstrækkelig stærk kvantecomputer, som endnu ikke er blevet opfundet, få hele blokkæde-netværket til at bryde sammen?

Det er sjovt at forestille sig, at fremtidens opfindelser har superkræfter. Vi kan måske forestille os, at virtual reality bliver forbundet med vores hjernebark. Men det gør ikke tanken til en realitet.

Kvantecomputere eksisterer på samme måde som VR-hjelme: De enheder, vi kender til, er alle meget tidlige modeller, som ville have godt af nogle forbedringer. Og dem, vi ikke kender til? Tja, hvem ved, hvad denne verdens myndigheder har planer om?

IBM’s Hummingbird 65-qubit-kvanteprocessor.

Hvis vi ser bort fra vilde spekulationer, er problemet i denne forbindelse asymmetrisk kryptografi. Der bliver dannet to nøgler, og de har et matematisk forhold – den offentlige nøgle kan være afledt af den private nøgle, men ikke omvendt.

Den offentlige nøgle er, som det fremgår af begrebet, offentlig. Den bliver brugt af alle, der vil kryptere information, som kun du kan læse. Den asymmetriske del betyder, at det at køre de krypterede data gennem den offentlige nøgle bagfra (som man ville gøre med noget i retning af Enigma for eksempel) ikke dekrypterer dem.

Til det formål skal man bruge den private nøgle, som man ikke fortæller om til nogen levende sjæl. Ud fra dette system blev blockchain, bitcoin, NFT’er (non-fungible token, dvs. dataenhed i blokkæde) og et marked, der er mere end 100 milliarder dollar værd, skabt.

Honeywells Quantum H1-computer har ti qubits.

Vi forestiller os naturligvis ikke et system, hvor digitale minearbejdere kan ødelægge miljøet og udbuddet af gpu’er til gamerne. Det ville også virke temmelig fjollet, hvis systemet betød, at en enkelt grå pixel blev solgt for 8,5 millioner kroner hos Bruun Rasmussen.

Vi nævner blot, at dette magasin koster blot 79,50, men det rummer langt flere pixel, og nogle af dem er ikke grå. Der skulle være nok til mere end én pr. læser.

Blok på blok

Af hensyn til dem, der stadig famler i blinde, når det gælder blockchain-teknologien, er her en oversigt. Når en transaktion bliver bestilt, dannes der en “blok”, som indeholder denne transaktion. Den bliver sendt til hver “node” eller deltager på det pågældende netværk (det kan være bitcoin, etherium, dogecoin eller andet).

Disse noder arbejder på at validere transaktionen, og de bruger SHA256-algoritmen (i bitcoins tilfælde) til at “hashe” denne blok til et unikt heksadecimal-tal på 256 bit. Det er den såkaldte “minedrift”, og den første minearbejder, der validerer transaktionen på denne måde, bliver belønnet med nogle bitcoin (i skrivende stund 6,25), afhængigt af sværhedsgraden.

Denne sværhedsgrad ændrer sig i forhold til, hvor hurtigt der bliver føjet blokke til kæden, idet bitcoin-protokollen sigter på seks nye blokke i timen. Sværhedsgraden bliver målt ud fra antallet af førende nuller på et acceptabelt hash-resultat.

Hver blok plus alt andet, vi foreløbig har målt, indeholder en “nonce” (a Number Only used oNCE). Der er tale om et tal, som man kan variere for at opnå det ønskede resultat, idet ændringer forandrer dets hash. Hvis sværhedsgraden er 15, ændrer man nonce, indtil ens hash kommer ud med 15 foranstillede nuller.

Når den nye blok er valideret, bliver den nye blok føjet til en kæde, hvor hver bloks header indeholder hashen fra den forrige, og den bliver igen fordelt over netværket. Først da er denne transaktion færdig.

Blockchain er sikkert, fordi selv de mindste ændringer af en transaktion forandrer den hash, der bliver lavet, og det vil enhver på netværket bemærke. Der er også en yderligere sikkerhedsfunktion, som hedder “pay to public key hash”. Den hasher offentlige nøgler og afslører dem først, når en transaktion bliver påbegyndt.

I den bedste af alle verdener ville hver adresse kun blive brugt én gang. Genbrug af adresser er imidlertid udbredt, og en undersøgelse fra Deloitte har vist, at omkring 25 procent af alle bitcoins er sårbare i denne henseende. Mange ejere af kryptomønter har mistet deres private nøgler, og de kan derfor ikke få dem ud af deres sårbare digitale tegnebøger.

Systemet ser imidlertid ud til at fungere ganske godt, så længe ingen har en tilstrækkelig stærk computer. At uddrage en privat nøgle fra en offentlig kræver, at man løser et ECDLP (elliptic curve discrete logarithm problem), som det ville tage en almindelig computer i omegnen af 65 millioner milliarder år at løse.

En ukrypteret offentlig nøgle følger med hver bitcoin-transaktion – den fungerer som modtagerens adresse – og den er ubeskyttet i den tid, det tager for netværket at bekræfte blokken, det vil sige cirka ti minutter.

Det er teoretisk tid nok til, at en kvantecomputer, der er stærk nok, kan beregne den private nøgle og erstatte modtagerens adresse med en andens, før hashen bliver genereret. Minearbejdere ændrer nonce hele tiden, og en ændring kan passere uset.

Hertil kommer en anden sag. Man kunne bruge en kvantecomputer til langt hurtigere minedrift end nogen andre – og indsætte sine egne blokke i kæden med forbryderiske formål eller for at tvinge systemet i knæ.

Det store spørgsmål er derfor: Hvor mange qubits skulle en teoretisk kvantecomputer bruge til at udsætte bitcoin for en dåseåbner? 4000, siger Miruna Rosca, ph.d.-studerende i post-kvantekryptografi, i et interview med Decrypt. Hvor mange er der i de i øjeblikket stærkeste kendte kvantecomputere? 72 (Google). Eller måske 10 (Honeywell).

Eller muligvis 32 (IonQ). Den kinesiske Jiuzhang-computer oplyser intet qubittal, men dens operatører hævder, at den er 10 milliarder gange hurtigere end Googles. IBM lover os en 1000 qubit-maskine i 2023.

Det tog 14 år for X86-cpu’er at gå fra 1 GHz til 4 GHz. Kan 4000 qubits være en realitet i 2037? Vi vil ikke vædde vores bitcoins på det modsatte, og det er nu op til blokkæde-arkitekterne at udvikle kvantesikker kryptografi, før deres hemmeligheder bliver afsløret.