В свежем печатном выпуске Bitcoin Magazine, The Quantum Issue, опубликовано эссе Брэндона Блэка, в котором утверждается, что угроза криптографически значимого квантового компьютера (CRQC) — машины, способной восстанавливать секретные ключи из публичных и подписывать транзакции Bitcoin, перемещающие чужие монеты, — остаётся страхом, неопределённостью и сомнениями (FUD), а не реальной опасностью. В эссе говорится, что нет никаких доказательств того, что такая машина будет создана в течение десятилетия, и остаётся неизвестным, будет ли она создана вообще.

За всё время существования Bitcoin новые формы FUD использовались для предсказания его гибели. Несмотря на эти повторяющиеся прогнозы, Bitcoin вырос в актив стоимостью в несколько триллионов долларов и начал занимать своё место в глобальном денежном порядке. В последние месяцы призрак CRQC вернулся как эволюционировавшая форма привычного сценария. «Является ли это реальной угрозой для дальнейшего роста Bitcoin? Одним словом — нет», — пишет Блэк в материале, который публикуется как ранний обзор идей, раскрываемых в полном выпуске.

Современное состояние

Оценка Блэком текущего положения в отрасли предельно прямолинейна. На сегодняшний день, пишет он, ни один квантовый компьютер не выполнил вычислений, недоступных «одарённому шестилетнему ребёнку» — утверждение, которое он описывает как подтверждённое эмпирически.

Он признаёт, что квантовые компьютеры — впечатляющая технология, демонстрирующая возможности, достойные научной фантастики. Эти устройства используют фундаментальные технологии, включая оптические пинцеты, лазерное охлаждение, сверхпроводящие флюкс-кубиты, электромагнитные ловушки и криостаты растворения, среди прочих. Внутри этих машин отдельные кубиты приводятся в определённые субатомные состояния — разные для каждой кандидатной технологии, — запутываются в суперпозиции и манипулируются для представления вычислений, после чего их субатомные свойства считываются и интерпретируются.

Поразительный факт, отмечается в эссе, состоит в том, что эти устройства существуют и могут использоваться для выполнения значимых вычислений на небольшом числе входных данных. Однако суровая проверка реальностью — масштаб: для одного из примеров кандидатных технологий выполнение вычисления, которое по силам маленькому ребёнку, требует столько энергии, сколько нужно для кондиционирования старшей школы в Техасе, многих часов подготовки дополнительных часов постобработки.

Деньги на входе, машины на выходе?

Эссе напрямую оспаривает тезис о том, что масштабные инвестиции в квантовые вычисления сигнализируют о скорых прорывах. Коррелирует ли приток денег в область с темпами реального технологического прогресса в ней? Не really, пишет Блэк. Более того, он утверждает, что до тех пор, пока не разработана правильная базовая технология и не подтверждено соответствие продукта рынку, приток денег в область может отрицательно коррелировать с вероятностью создания применимой технологии.

Он иллюстрирует этот тезис, сравнивая программу Space Shuttle NASA с Falcon 9 от SpaceX. SpaceX взяла (в основном) известную науку и воплотила её в практику, удовлетворив очевидную рыночную потребность в надёжном и более дешёвом доступе к космосу, затратив менее 5 млрд долларов до первого пилотируемого полёта. Space Shuttle стоил около 50 млрд долларов до первого пилотируемого полёта. Falcon 9 не только обошёлся на порядок дешевле в разработке, но и сохраняет безупречную статистику безопасности экипажей. Хотя различия объясняются многими факторами, урок, по мнению эссе, таков: никакое количество денег не делает неготовую технологию практичной.

Применительно к квантовым вычислениям: при огромных средствах, вкладываемых в проблему, возможны технологические демонстрации колоссальной стоимости. Но это ничего не говорит о том, принесут ли дополнительные деньги долгожданные стабильные кубиты с низкой ошибкой — эквивалент надёжности Falcon 9. Подобно тому как никакая продолжение разработки программы Space Shuttle никогда не дало бы низкой стоимости и высокой надёжности Falcon 9, пишет Блэк, вполне вероятно, что никакое continued развитие, при любых затратах, не сделает ни одну из современных технологий квантовых вычислений достаточно надёжной, чтобы взломать хотя бы одну пару ключей.

Оценка недавних достижений

Эссе формулирует два важных предостережения относительно недавно опубликованных достижений в этой области.

Во-первых, многие из этих достижений являются достижениями исключительно в чистой математике. Блэк ссылается на недавнюю статью Google, результат которой был признан настолько значимым, что команда решила засекретить теоретическую квантовую схему, чтобы не рисковать её использованием для взлома важных криптографических систем. Это может выглядеть как огромный прогресс к будущим CRQC, но на самом деле ничего не изменило: пока или если квантовое оборудование не переживёт свой «момент Falcon 9», не существует устройства, хоть сколько-нибудь приближающегося к стабильности и масштабу, необходимым для выполнения засекреченной схемы. Скрывать схему, созданную для устройства, которое может никогда не появиться, — чистый театр, утверждает он.

Во-вторых, на стороне самого оборудования ежегодно публикуется множество новых результатов и отдельных успехов — но сколько из них относятся к одной и той же кандидатной технологии квантовых вычислений? Сколько из них — лишь начинание заново после того, как предыдущий результат зашёл в тупик? Эти достижения не представляют собой линейный путь к конечному успеху, утверждается в эссе. Они представляют собой поиск в ширину в бесконечном пространстве возможностей, в котором квантовые исследователи надеются найти путь, по которому можно продвинуться хотя бы на скромное расстояние, не упёршись в очередной тупик.

Оценивая реальность будущего квантовых вычислений, Блэк описывает его как в лучшем случае туманное. Есть многообещающие технологические разработки — особенно, на его взгляд, в области устройств на нейтр атомах, — но пока слишком рано говорить о том, открыт ли путь к eventual CRQC по какой-либо из известных ветвей или впереди новые перезапуски. Если в какой-то момент мы увидим множество итераций одной и той же кандидатной технологии с progressively более мощными устройствами и значимыми вычислениями, недоступными одарённому ребёнку, пишет он, дискуссию можно будет возобновить с новыми доказательствами.

В теории

Эссе излагает два возможных объяснения многократных неудач квантовых исследований в создании CRQC на протяжении десятилетий. Первое — это просто сложная задача, и продолжение применения науки и инженерии однажды приведёт к успеху — как изобретательность человечества проявилась в создании интернета, смартфона, социальных сетей и Bitcoin (читателю предоставляется решить, какие из этих разработок являются положительными). Второе — создание CRQC может быть невозможным или навсегда останется за пределами досягаемости человечества.

Блэк предлагает рассмотреть, что означало бы существование CRQC: машина должна была бы представлять в своей суперпозиции поле возможностей того же размера, что и сложность решаемой криптографической задачи. То есть, чтобы взломать 128-битную защиту дискретного логарифма на эллиптической кривой secp256k1 в Bitcoin, квантовая суперпозиция должна была бы представлять все возможные значения 128-битного числа. В классических вычислениях представление всех таких значений потребовало бы больше компьютерной памяти — на много порядков величины, — чем когда-либо было создано человечеством.

Эссе далее утверждает, что если у квантовой суперпозиции есть хоть малейшая гранулярность — то есть если суперпозиция не является идеально непрерывной по всем возможным значениям, — то квантовый компьютер никогда не сможет стать криптографически значимым. Аналогично, если энергия, необходимая для удержания суперпозиции, масштабируется вместе со сложностью представляемого поля, квантовый компьютер никогда не сможет стать криптографически значимым. Современное понимание квантовой физики, отмечает Блэк, не исключает ни одной из этих возможностей.

Заключение: Bitcoin не может почивать на лаврах

Несмотря на всё вышесказанное, эссе заключает, что разработка Bitcoin в сторону новых криптографических алгоритмов должна продолжаться. Хотя квантовая атака на криптографию Bitcoin не является неизбежной в ближайшее время, вполне возможно, что другой недостаток может быть обнаружен иными средствами. Известно, что некоторые эллиптические кривые оказались уязвимыми, и secp256k1 может стать следующей.

Заявленным в статье критерием для возобновления квантовой дискуссии является, следовательно, конкретный прогресс, а не финансирование или разрозненные анонсы: повторяющиеся итерации одной и той же кандидатной технологии должны создавать всё более мощные устройства и выполнять значимые вычисления, недоступные одарённому ребёнку. Параллельно работа Bitcoin над альтернативными криптографическими алгоритмами остаётся актуальной независимо от того, будет ли когда-либо создан CRQC.

Bitcoin просуществовал так долго именно потому, что атаки на систему делали его сильнее, утверждается в эссе, и это останется верным по мере разворачивания квантовой атаки FUD. Разработка P2MR или P2TRv2, SHRINCS, SPHINCS, IBC, ML-DSA и других постквантовых схем подписи в конечном итоге приведёт к повышению устойчивости Bitcoin перед лицом будущих атак — даже если настоящий CRQC никогда не будет создан.

Материал опубликован в свежем печатном выпуске Bitcoin Magazine, The Quantum Issue, и публикуется здесь как ранний обзор идей, раскрываемых в полном выпуске. Пост впервые появился на Bitcoin Magazine, автор — Брэндон Блэк.