Ordinateurs quantiques et extraction de Crypto : séparer les faits de la fiction

Les ordinateurs quantiques sont des machines spéciales capables d’effectuer certains calculs beaucoup plus rapidement que les ordinateurs ordinaires – appelés « ordinateurs classiques » – et représentent la prochaine frontière de la Technologies informatique.

Ces dernières années, on craint de plus en plus que ces ordinateurs supérieurs puissent éventuellement être utilisés pour traiter des données.minage de Cryptocalculs nécessaires pour générer de nouveaux blocs.

Cet article fait partie de CoinDeskSemaine de l'exploitation minière.

Si cela devait arriver, on craint que ceux qui utilisent des ordinateurs quantiques puissent, en théorie, obtenir un avantage significatif sur tous les autres mineurs du monde.réseau blockchain, menaçant la décentralisation et la sécurité depreuve de travaildes blockchains commeBitcoin et Litecoin. Sans parler du fait qu'ils gagnent une grande majorité des revenus restants.bloquer les récompenses.

Qu'est-ce que l'informatique quantique ?

Pour comprendre comment fonctionnent les ordinateurs quantiques, vous devez d’abord comprendre que les ordinateurs classiques, comme ONE que vous avez à la maison ou que vous utilisez au travail, représentent tous les bits de données comme étant ONEun des deux états, soit 0, soit 1. C’est ce qu’on appelle le code binaire.

En enchaînant des 0 et des 1, il devient possible d'exécuter des calculs plus complexes et de stocker des données plus complexes. Mais même en enchaînant des 0 et des 1, les ordinateurs classiques sont toujours limités dans leurs capacités de traitement et ne peuvent exécuter queun calcul à la fois.

Les ordinateurs quantiques, en revanche, peuvent effectuer des calculs simultanés grâce à l'utilisation de bits quantiques, également appelés « qubits ». Au lieu de représenter les données dans deux états (0 ou 1), les qubits peuvent représenter les données dans trois états : 0, 1 ou les deux. C'est ce qu'on appelle une « superposition ».

Souviens-toi Le chat de Schrödinger? C'est ONEun des exemples les plus connus de superposition quantique, où un chat laissé dans une boîte ne peut être ni mort ni vivant. On considère qu'il s'agit des deux.

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En fournissant un nombre plus élevé d'états, les ordinateurs quantiques ont la capacité d'effectuer des calculs exponentiellement plus importants. Mais cette Technologies présente un certain nombre de réserves importantes, que nous examinerons plus loin.

Quelles menaces les ordinateurs quantiques représentent-ils pour l’extraction de Crypto monnaies ?

Un article récemment publiédocument académique Dans l'article d'AVS Quantum Science intitulé « L'impact des spécifications matérielles sur l'obtention d'un avantage quantique dans le régime de tolérance aux pannes », deux menaces clés posées par l'informatique quantique à l'extraction de Crypto monnaies, en particulier l'extraction de Bitcoin (BTC), et à l'écosystème au sens large, ont été décrites.

• Menace sur le mécanisme de consensus de preuve de travail.
• Menace sur le cryptage à courbe elliptique des signatures numériques.

La menace des ordinateurs quantiques pour les blockchains de preuve de travail

Le mécanisme de consensus de preuve de travailfait référence au système spécial utilisé par certaines blockchains pour sélectionner des participants honnêtes chargés de jouer le rôle important de proposer de nouveaux blocs de données de transaction à ajouter à la blockchain. Comme il n'existe pas d'autorité unique régissant une blockchain, elle doit s'appuyer sur un système automatisé codé dans le protocole pour filtrer les utilisateurs malhonnêtes qui pourraient tenter de corrompre la blockchain avec des transactions non valides.

Les ordinateurs quantiques ont la capacité d’effectuer des calculs plus complexes que d’autres types de machines spécialisées, et la crainte évidente est donc qu’ils puissent dominer la concurrence basée sur l’exploitation minière. Selon les auteurs de l’étude, cette menace est toutefois considérée comme minime en raison de la nature du cycle d’horloge considérablement plus lent des ordinateurs quantiques par rapport aux autres machines.mineurs de circuits intégrés spécifiques à une application (ASIC)

« Il est peu probable que l’accélération algorithmique compense les temps de cycle d’horloge considérablement plus lents par rapport à l’état de l’art du calcul classique dans un avenir prévisible », selon l’article.

Mais comment les ordinateurs quantiques peuvent-ils avoir des cycles d'horloge plus lents mais traiter plus de calculs que les ordinateurs classiques ? Selon Macauley Coggins, fondateur deInformatique quantique au Royaume-Uni, cela a à voir avec la capacité d’un ordinateur quantique à traiter des calculs simultanément :

« La puissance de l'informatique quantique ne réside T dans sa rapidité, c'est-à-dire dans ses vitesses d'horloge plus élevées, mais dans sa capacité à exploiter le parallélisme quantique. C'est là que chaque combinaison d'un problème peut être [calculée] en parallèle. »

En fait, les informaticiens dans un autre article universitaire intitulé «Vulnérabilité des technologies blockchain aux attaques quantiquesSelon une étude publiée dans ScienceDirect, il faudra peut-être attendre jusqu'en 2028 avant que les ordinateurs quantiques soient suffisamment sophistiqués pour surpasser la Technologies actuelle des puces ASIC et effectuer une attaque majoritaire sur un réseau blockchain. Ce chiffre ne prend pas en compte les améliorations futures de la Technologies des puces ASIC d'ici là.

« Nos propres calculs basés sur la Technologies ASIC actuelle, ainsi que ceux d’autres auteurs [2,3], ont estimé que la date la plus proche à laquelle ce type d’attaque sera possible était 2028. Cependant, les progrès de la Technologies ASIC sont susceptibles de repousser cette date beaucoup plus loin », selon l’étude publiée dans ScienceDirect.

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Décryptage de la cryptographie à clé publique-privée à l'aide d'ordinateurs quantiques

Les deux articles s'accordent à dire que la plus grande menace posée par les ordinateurs quantiques à la Crypto n'est pas l'exploitation minière, mais la rupture du «Algorithme de signature numérique à courbe elliptique, " ou ECDSA, qui est utilisé par Bitcoin et un la grande majorité des autres crypto-monnaies de premier plan.

ECDSA est le système cryptographique utilisé pour générer des clés publiques-privées liées mathématiquement – ​​les outils numériques nécessaires pour envoyer et recevoir des Cryptomonnaie ainsi que pour prouver à qui appartiennent les actifs détenus dans un portefeuille Crypto .

En cassant cette forme de cryptage, une personne pourrait déterminer la clé privée d'une autre personne à partir de la clé publique de cette personne, qui est diffusée librement sur l'ensemble du réseau à chaque fois que le portefeuille effectue une transaction. Accéder à une clé privée revient à identifier le mot de passe d'une personne et donnerait à l'attaquant un contrôle total sur tous les fonds détenus dans l'adresse du portefeuille.

« Si la même paire de clés publique/privée est utilisée pour conserver les Bitcoin des utilisateurs après que la clé publique est devenue publique, alors tous les fonds sécurisés par la paire de clés seront vulnérables. Cependant, il faut également tenir compte du fait que les portefeuilles Bitcoin ont tendance à ne pas utiliser à plusieurs reprises les mêmes paires de clés », selon l'article publié dans AVS Quantum Science.

Alors, combien de qubits faudrait-il pour briser l'algorithme de la courbe elliptique ? Selon l'article d'AVS Quantum Science, beaucoup :

« ... Il faudrait 317 × 106 qubits physiques pour casser le chiffrement en une heure avec un temps de cycle de code de 1 μs. Pour le casser en 10 minutes avec le même temps de cycle de code, il faudrait 1,9 × 109 qubits physiques, alors que pour le casser en 1 jour, il faudrait seulement 13 × 106 qubits physiques. »

Principaux problèmes auxquels est confrontée la Technologies informatique quantique

Même si les ordinateurs quantiques existent déjà, la Technologies en est encore à ses balbutiements.

Le processeur quantique d'IBM,surnommé « Aigle »,est considéré comme le système de calcul quantique le plus puissant au monde à ce jour, avec ses 127 qubits. On est bien loin des 1,9 milliard de qubits nécessaires pour briser l’ECDSA en 10 minutes.

L’ajout de qubits supplémentaires n’est pas aussi simple qu’il n’y paraît. Tout dépend d’un facteur extrêmement limitant appelé « bruit quantique ». Ce terme désigne tout type de changement environnemental subtil susceptible d’affecter les performances d’un qubit. En fait, la plus infime des vibrations ou des fluctuations des WAVES thermiques ou électromagnétiques peut provoquer ce que l’on appelle une « décohérence », qui rend les qubits incapables d’effectuer un seul calcul. Le problème devient de plus en plus persistant à mesure que le nombre de qubits impliqués augmente.

C'est cette sensibilité aux facteurs externes qui freine considérablement la progression des ordinateurs quantiques et signifie qu'il est peu probable qu'ils deviennent une menace majeure pour l'extraction de Cryptomonnaie ou pour la cryptographie sous-jacente qui sécurise les transactions jusqu'à ce que ce problème soit résolu.

Des efforts sont actuellement déployés pour créer des ordinateurs hybrides quantiques-classiques ainsi que des logiciels permettant de minimiser les perturbations causées par le bruit quantique. Mais cela ne résout T un autre problème crucial auquel sont confrontés les ordinateurs quantiques.

Contrairement aux ordinateurs classiques, il est extrêmement difficile d’éliminer les erreurs lors des calculs sur un ordinateur quantique en raison de la nature linéaire des calculs quantiques. La vérification des qubits pour détecter les erreurs peut potentiellement perturber leur état ou leur superposition, ce qui fausse les résultats.

Il y a eu cependant un certain nombre d'avancées dans la correction des erreurs quantiques, notamment ce qu'on appelle laCode Bacon-Shordéveloppé par un physicienChristophe Monroeet un certain nombre de chercheurs de l’Université du Maryland. Mais encore une fois, ce type de correction d’erreurs nécessiterait un ordinateur quantique doté d’au moins 1 300 qubits, soit plus de 10 fois le nombre de qubits présents dans le processeur Eagle d’IBM.

Dans l’état actuel des choses, même si les ordinateurs quantiques pourraient un jour posséder la capacité de compromettre gravement l’extraction de Crypto monnaies et l’intégrité des réseaux basés sur la blockchain, la Technologies actuelle est loin d’être suffisamment sophistiquée pour susciter de sérieuses inquiétudes.

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