La dernière édition papier de Bitcoin Magazine, The Quantum Issue, publie un essai de Brandon Black affirmant que la menace d'un ordinateur quantique cryptographiquement pertinent (CRQC) — une machine capable de recréer des clés secrètes à partir de clés publiques et de signer des transactions Bitcoin déplaçant les fonds d'autrui — relève de la peur, de l'incertitude et du doute (FUD) plutôt que d'un danger réel. Selon l'essai, rien n'indique qu'une telle machine sera construite d'ici une décennie, et on ignore même si elle le sera un jour.

Depuis l'existence de Bitcoin, de nouvelles formes de FUD ont été déployées pour prédire sa disparition. Malgré ces prédictions récurrentes, Bitcoin est devenu un actif de plusieurs milliers de milliards de dollars et a commencé à prendre sa place dans l'ordre monétaire mondial. Ces derniers mois, le spectre d'un CRQC est revenu comme une forme évoluée de ce schéma familier. « S'agit-il d'une menace réaliste pour la croissance continue de Bitcoin ? En un mot, non », écrit Black dans cet article, présenté comme un avant-goût des idées explorées dans l'intégralité du numéro.

État de l'art

L'évaluation de Black sur l'état actuel du domaine est sans détour. À ce jour, écrit-il, aucune machine à calcul quantique n'a effectué un calcul hors de portée d'« un enfant de 6 ans précoce » — une affirmation qu'il décrit comme vérifiée empiriquement.

Il reconnaît que les ordinateurs quantiques sont une technologie remarquable, présentant des capacités dignes de la science-fiction. Ces dispositifs s'appuient sur des technologies fondamentales telles que les pinces optiques, le refroidissement laser, les qubits à flux supraconducteurs, les pièges électromagniques et les réfrigérateurs à dilution, entre autres. Au sein de ces machines, les qubits individuels sont contraints dans des états subatomiques spécifiques — différents pour chaque technologie candidate — intriqués en superpositions et manipulés pour représenter des calculs, après quoi leurs propriétés subatomiques sont lues et interprétées.

La vérité stupéfiante, note l'essai, est que ces dispositifs existent et peuvent être manipulés pour produire des calculs significatifs sur une poignée d'entrées. La froide confrontation à la réalité, toutefois, concerne l'échelle : pour une technologie candidate donnée à titre d'exemple, effectuer un calcul qu'un jeune enfant peut faire exige assez d'énergie pour climatiser un lycée au Texas, de nombreuses heures de préparation et encore d'autres heures de post-traitement.

De l'argent entrant, des machines en sortie ?

L'essai s'attaque directement à l'argument selon lequel les investissements massifs dans l'informatique quantique signalent des percées imminentes. L'argent qui afflue dans un domaine est-il corrélé au rythme des progrès technologiques réels dans ce domaine ? Pas vraiment, écrit Black. En fait, soutient-il, tant que la bonne technologie sous-jacente n'a pas été développée et que l'adéquation produit-marché n'a pas été confirmée, l'argent affluant dans un domaine peut être corrélé négativement avec la probabilité de voir une technologie applicable se développer.

Il illustre ce point en comparant le programme de navette spatiale de la NASA au Falcon 9 de SpaceX. SpaceX a pris une science (pour l'essentiel) connue et l'a réduite en pratique pour répondre à un besoin de marché démontrable d'un accès à l'espace fiable et à moindre coût, pour un coût de programme inférieur à 5 milliards de dollars jusqu'à la première mission habitée. La navette spatiale a coûté environ 50 milliards de dollars pour atteindre sa première mission habitée. Le Falcon 9 n'a pas seulement coûté un ordre de grandeur moins cher à développer, il affiche également un bilan de sécurité parfait pour les équipages à ce jour. Bien que de nombreux facteurs expliquent cette différence, la leçon de l'essai est qu'aucune somme d'argent ne rend praticable une technologie qui n'est pas prête.

Transposé à l'informatique quantique : avec des sommes colossales investies dans le problème, des démonstrations technologiques à coûts massifs sont possibles. Mais cela ne dit rien sur la question de savoir si plus d'argent apportera le saint graal de qubits stables et à faible taux d'erreur — l'équivalent de la fiabilité du Falcon 9. De même qu'aucun développement continu du programme de navette spatiale n'aurait jamais produit le faible coût et la haute fiabilité du Falcon 9, écrit Black, il est tout à fait probable qu'aucun développement continu, à quelque coût que ce soit, ne rendra l'une des technologies quantiques actuelles assez fiable pour casser une seule paire de clés.

Lire les avancées récentes

L'essai formule deux mises en garde importantes concernant les avancées récemment publiées dans le domaine.

Premièrement, beaucoup de ces avancées sont des avancées en mathématiques pures uniquement. Black cite le récent article de Google, dont le résultat a été jugé si important que l'équipe a choisi de censurer le circuit quantique théorique plutôt que de risquer qu'il soit utilisé pour casser des systèmes cryptographiques essentiels. Cela peut ressembler à un progrès immense vers les CRQC du futur, mais en réalité cela n'a rien changé : à moins que — ou jusqu'à ce que — le matériel quantique connaisse son moment Falcon 9, aucun dispositif n'che de près ou de loin la stabilité et l'échelle nécessaires pour exécuter le circuit censuré. Dissimuler un circuit conçu pour un dispositif qui n'existera peut-être jamais, argue-t-il, est du pur théâtre.

Deuxièmement, du côté du matériel lui-même, de nombreux nouveaux résultats et fragments de progrès sont publiés chaque année — mais combien concernent la même technologie candidate ? Combien représentent simplement un nouveau départ après qu'un résultat antérieur s'est soldé par une impasse ? Ces avancées ne représentent pas une trajectoire linéaire vers un succès éventuel, soutient l'essai. Elles représentent la recherche en largeur d'un espace de possibilités infini, dans lequel les chercheurs en quantique espèrent trouver un chemin leur permettant d'avancer, même sur une distance modeste, sans tomber sur une nouvelle impasse.

En regardant la réalité de l'avenir de l'informatique quantique, Black le décrit comme flou, au mieux. Il existe des développements technologiques prometteurs — notamment, à ses yeux, dans le domaine des dispositifs à atomes neutres — mais il est beaucoup trop tôt pour dire si un chemin vers un éventuel CRQC est ouvert dans l'une des branches actuellement connues, ou si d'autres redémarrages nous attendent. Si, à un moment donné, nous voyons de nombreuses itérations de la même technologie candidate produire des dispositifs de plus en plus performants et calculer des résultats significatifs qu'un enfant précoce ne peut pas non plus calculer, écrit-il, la discussion pourra être rouverte sur la base d'éléments différents.

En théorie

L'essai esquisse deux explications possibles à l'échec répété de la recherche quantique à développer un CRQC depuis des décennies. La première est qu'il s'agit simplement d'un problème difficile, et que l'application continue de la science et de l'ingénierie finira par prévaloir — comme l'a fait l'ingéniosité de l'espèce humaine dans le développement d'Internet, du smartphone, des réseaux sociaux et de Bitcoin, le lecteur étant libre de juger lesquels de ces développements sont positifs. La seconde est que développer un CRQC est peut-être impossible, ou restera pour toujours hors de portée de l'humanité.

Black invite à considérer ce que signifierait l'existence d'un CRQC : la machine devrait représenter dans sa superposition un champ de possibilités de la même taille que la complexité du problème cryptographique à résoudre. Pour casser la sécurité 128 bits du logarithme discret sur les courbes elliptiques de la courbe secp256k1 de Bitcoin, la superposition quantique devrait représenter toutes les valeurs possibles d'un nombre de 128 bits. En informatique classique, représenter toutes ces valeurs exigerait plus de stockage informatique — de plusieurs ordres de grandeur — que ce que l'humanité a jamais produit.

L'essai soutient en outre que s'il existe la moindre granularité dans la superposition quantique — c'est-à-dire si la superposition n'est pas parfaitement continue sur toutes les valeurs possibles — alors un ordinateur quantique ne pourra jamais devenir cryptographiquement pertinent. De même, si l'énergie nécessaire pour maintenir une superposition croît avec la complexité du champ représenté, alors un ordinateur quantique ne pourra jamais devenir cryptographiquement pertinent. La compréhension contemporaine de la physique quantique, note Black, n'exclut aucune de ces possibilités.

Conclusion : Bitcoin ne peut pas se reposer

Malgré tout ce qui précède, l'essai conclut que le développement de Bitcoin vers de nouveaux algorithmes cryptographiques doit se poursuivre. Bien qu'une attaque quantique contre la cryptographie de Bitcoin ne soit nullement imminente, il est tout à fait possible qu'une autre faille soit découverte par d'autres moyens. Certaines courbes elliptiques se sont révélées présenter des faiblesses, et secp256k1 pourrait être la prochaine.

Le critère énoncé par l'article pour rouvrir la question quantique est donc un progrès concret plutôt que des financements ou des annonces isolées : des itérations répétées de la même technologie candidate devraient produire des dispositifs de en plus performants et des calculs significatifs au-delà de ce qu'un enfant précoce peut réaliser. En parallèle, le travail de Bitcoin sur des algorithmes cryptographiques alternatifs reste pertinent, qu'un CRQC soit un jour développé ou non.

Bitcoin a survécu aussi longtemps parce que les attaques contre le système l'ont renforcé, soutient l'essai, et cela restera vrai à mesure que l'attaque FUD quantique se déroulera. Le développement de P2MR ou P2TRv2, de SHRINCS, SPHINCS, IBC, ML-DSA et d'autres schémas de signature post-quantiques finira par améliorer la résilience de Bitcoin face aux attaques futures — même si un véritable CRQC n'est jamais développé.

Cet article figure dans la dernière édition papier de Bitcoin Magazine, The Quantum Issue, et est partagé ici comme un avant-goût des idées explorées dans l'intégralité du numéro. La publication est d'abord apparue sur Bitcoin Magazine et est signée Brandon Black.