O que é Computação Quântica e como o Bitcoin e as criptomoedas estão se preparando para o futuro

Cointelegraph Japan
22 JAN 2020
O que é Computação Quântica e como o Bitcoin e as criptomoedas estão se preparando para o futuro

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1.

O que é computação quântica?

A computação quântica é um novo método de processamento de dados e resolução de problemas, que difere da computação clássica que é amplamente usada em dispositivos comuns.

Os computadores quânticos, que às vezes foram descartados como impossibilidade física, passaram do domínio de "Se" para o domínio de "Quando" na última década. Para colocar isso em perspectiva, algumas computações - anteriormente consideradas funcionalmente impossíveis devido à sua incompatibilidade com a computação tradicional - agora estão se tornando apenas uma questão de tempo para computadores quânticos.

No momento, as funções criptográficas das cadeias de blocos são consideradas seguras, uma vez que quebrá-las precisaria de enormes recursos de computação que não podem ser alcançados com computadores clássicos. No entanto, um computador quântico seria capaz de quebrar esse tipo de escudo criptográfico em questão de dias.

Embora essa ameaça seja apenas teórica agora, ela pode se materializar em cerca de uma década .

A idéia por trás dos computadores quânticos é ir além dos limites dos computadores tradicionais, aproveitando a mecânica quântica - um campo da física que descreve os comportamentos e as leis em uma escala subatômica.

Os fenômenos quânticos não são fáceis de entender porque são governados por leis completamente diferentes em comparação à mecânica clássica. Como Richard Feynman, laureado com o Prêmio Nobel , disse certa vez : "Se você pensa que entende a mecânica quântica, não entende".

Pense nisso: partículas subatômicas podem existir em vários lugares ao mesmo tempo - chamada superposição - avançar ou retroceder no tempo e até se teletransportar através dos chamados emaranhados . Os computadores quânticos visam se beneficiar dessas características de ficção científica.

Enquanto os transistores dos processadores clássicos de computador operam com bits, que codificam zero ou um, os computadores quânticos usam os chamados bits quânticos, ou qubits. Este último pode codificar um zero e um em dois estados diferentes, além de alavancar sua "superposição" e "emaranhamento". Em outras palavras, os qubits permitem que um grande número de cálculos seja realizado simultaneamente. 

Hoje, os líderes da computação quântica são os gigantes da tecnologia nos Estados Unidos, IBM e Google . Intel e Microsoft são os próximos candidatos sérios. A Amazon também está interessada em ingressar na liga. Recentemente, o gigante do comércio eletrônico anunciou que fornecia a computação quântica como um serviço em seus servidores da AWS. 

O Google chegou a afirmar recentemente que alcançou a supremacia quântica, um marco na computação quântica, no qual um dispositivo quântico pode resolver um problema que os computadores comuns não conseguem.

2.

A computação quântica é uma ameaça para o blockchain?

A resposta curta é sim, mas há nuances a serem usadas. 

Primeiro de tudo, a computação quântica não é uma ameaça para o blockchain, como um conceito em si, mas para os projetos que usam a tecnologia. Enquanto os computadores atuais não podem quebrar as cadeias de blocos e sua criptografia subjacente, os maiores no horizonte são uma ameaça, um fato e podem estar preparados.

Embora os computadores quânticos futuros possam ter a capacidade de quebrar as criptografia das cadeias de bloco atuais, essa ameaça poderá ser zero quando o mundo adotar cadeias de blocos resistentes a quantum e até tecnologia de contabilidade distribuída que usam os  computadores quânticos  .

3.

Quais algoritmos de criptografia e blockchains estão ameaçados pela computação quântica?

Computadores quânticos poderosos podem se tornar uma ameaça para todas as cadeias de blocos que dependem do ECDSA (Algoritmo de assinatura digital de curva elíptica), incluindo Bitcoin e Ethereum.

A ECDSA tornou-se o padrão-ouro na criação de chaves no sistema criptográfico de chave pública usado para assinar transações na maioria das cadeias de blocos. Esse sistema nos permite criar uma chave privada aleatória de 256 bits e uma chave pública derivada que podemos compartilhar com terceiros. Dificilmente é possível encontrar a chave privada que gerou a chave pública, mas os computadores quânticos podem empregar um algoritmo para desvendar o relacionamento matemático entre uma chave pública e uma chave privada, revelando e comprometendo a chave privada.

O Bitcoin ( BTC ) representa o primeiro caso de uso prático da blockchain e ainda é a criptomoeda dominante. O fato de o Bitcoin ter se tornado popular e atraído muitos investidores institucionais torna o primeiro candidato entre as moedas digitais a ser protegido contra possíveis ameaças, incluindo computadores quânticos. 

Em 2017, enquanto o Bitcoin estava explodindo em seu recorde, Divesh Aggarwal, da Universidade Nacional de Cingapura e seus colegas estudaram a ameaça ao Bitcoin representada por computadores quânticos. Eles foram os primeiros a concluir que o perigo é iminente.

"O esquema de assinatura de curva elíptica usado pelo Bitcoin está muito mais em risco e pode ser completamente quebrado por um computador quântico já em 2027", disseram os autores  .

No entanto, parece que as tecnologias quânticas estão se expandindo a uma taxa mais rápida do que o esperado anteriormente. Recentemente, o Google anunciou que havia alcançado a "supremacia quântica", sugerindo que havia construído um computador capaz de resolver tarefas matemáticas que antes eram impossíveis de resolver.

Ainda assim, Vitalik Buterin , o co-criador do  Ethereum , o empresário  Andreas Antonopoulos e outros  especialistas em criptomoedas não têm medo da inovação do Google.

4.

Blockchains vs. quantum: últimos avanços

Existem duas abordagens principais para lidar com as ameaças quânticas em potencial: criar uma camada resistente a quantum para um protocolo blockchain existente para aumentar sua segurança ou criar uma blockchain resistente a quantum do zero.

Existem projetos que já implementaram a segunda abordagem. O melhor exemplo é o  Quantum Resistant Ledger (QRL), que é operado pela QRL Foundation, organização sem fins lucrativos com sede na Suíça. Com seu nome sugestivo, o QRL criou um protocolo blockchain do zero. O QRL foi desenvolvido para resistir a ameaças de computadores quânticos.

O blockchain QRL , cuja rede principal de prova de trabalho foi lançada em junho do ano passado, é a primeira implementação industrial do chamado eXtended Merkle Signature Scheme (XMSS) - um esquema de assinatura baseado em hash que não é vulnerável a computadores quânticos do jeito que a ECDSA é. Embora o XMSS tenha sido proposto pela primeira vez há alguns anos, o QRL usou uma versão do XMSS  descrita pela Internet Engineering Task Force no ano passado.

Atualmente, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA (NIST) tem uma minuta de aprovação do XMSS, o esquema de assinatura baseado em hash usado no QRL. 

Ao contrário de algoritmos criptográficos comuns como o ECDSA, algoritmos como o XMSS e um esquema de assinatura semelhante baseado em hash chamado Leighton-Micali (LMS) são muito mais avançados graças às suas capacidades para resistir a ataques quânticos de computador. No entanto, o NIST explicou que o XMSS e o LMS eram propensos a uso indevido e exigiam algumas modificações para resolver os problemas. 

O caminho para aprovar os esquemas de assinatura baseados em hash do XMSS e LMS é separado da chamada mais geral do NIST para esquemas de assinatura pós-quantum, que serão concluídos em uma data muito posterior, possivelmente 2022 ou posterior. 

A grande competição iniciada pelo NIST recebeu mais de 80 inscrições até agora. O objetivo da competição é selecionar o melhor algoritmo criptográfico pós-quantum.

Curiosamente, a Agência de Segurança Nacional dos EUA também expressou sua disposição de se beneficiar da submissão do NIST.

Em 2015, a NSA  disse que planejava mudar seus Sistemas de Segurança Nacional para criptografia de chave pública pós-quantum. Nos últimos anos, a agência dos EUA colaborou com os líderes do setor para garantir que possui algoritmos resistentes a quantum suficientes para proteger os sistemas de segurança dos EUA.

Atualmente, existem apenas algumas entidades trabalhando em blockchains resistentes a quantum, e a tendência deverá se expandir nos próximos anos.

5.

O Bitcoin terá que atualizar sua infraestrutura para se tornar resistente a quantum?

Embora os computadores quânticos não sejam uma ameaça ao Bitcoin no momento, a criptomoeda mais antiga pode precisar de uma atualização no futuro.

O Bitcoin usa dois esquemas de segurança, a função de hash usada na criação do bloco e o algoritmo ECDSA usado para assinaturas. O último é mais vulnerável aos riscos apresentados pelos computadores quânticos e pode exigir uma camada adicional de proteção no futuro.

Em 2017, Andreas Antonopoulos disse que deveríamos estar prontos para uma grande atualização no Bitcoin quando ficar claro que os computadores quânticos podem quebrar a curva elíptica. No entanto, seria razoável considerar a atualização antes que os primeiros sinais de ameaças em potencial apareçam.

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