Computadores quânticos vs. Mineração de Cripto : separando fatos da ficção

Os computadores quânticos são máquinas especiais que podem executar certos cálculos significativamente mais rápido do que os computadores comuns – conhecidos como “computadores clássicos” – e representam a próxima fronteira na Tecnologia da computação.

Nos últimos anos, tem havido receios crescentes de que estes computadores superiores possam eventualmente ser utilizados para processamentomineração de Criptocálculos necessários para gerar novos blocos.

Esta peça faz parte do CoinDesk'sSemana da Mineração.

Se isso acontecesse, a preocupação é que aqueles que empunham computadores quânticos poderiam, em teoria, obter uma vantagem significativa sobre todos os outros mineradores do mundo.rede blockchain, ameaçando a descentralização e a segurança deprova de trabalhoblockchains comoBitcoin e Litecoin. Sem mencionar que ganhar uma grande maioria dos restantesrecompensas de bloco.

O que é computação quântica?

Para entender como os computadores quânticos funcionam, você primeiro precisa entender que os computadores clássicos – como os que você tem em casa ou usa para trabalhar – representam todos os bits de dados como sendo um de dois estados, 0 ou 1. Isso é conhecido como código binário.

Ao encadear 0s e 1s, torna-se possível executar cálculos mais complexos e armazenar dados mais complexos. Mas mesmo com a encadeação de 0s e 1s, os computadores clássicos ainda são limitados em suas capacidades de processamento e podem executar apenasum cálculo de cada vez.

Computadores quânticos, por outro lado, podem executar computações simultâneas graças ao uso de bits quânticos, também conhecidos como “qubits”. Em vez de representar dados em dois estados – 0 ou 1 – qubits podem representar dados em três estados: 0, 1 ou ambos. Isso é conhecido como “superposição”.

Lembrar O gato de Schrödinger? Esse é um dos exemplos mais populares de superposição quântica, onde um gato deixado em uma caixa não pode estar nem morto nem vivo. É considerado ambos.

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Ao fornecer um número maior de estados, os computadores quânticos têm a capacidade de executar computações exponencialmente maiores. Mas há uma série de ressalvas significativas para essa Tecnologia, que exploraremos mais adiante.

Quais ameaças os computadores quânticos representam para a mineração de Cripto ?

Um publicado recentementeartigo acadêmico no AVS Quantum Science intitulado “O impacto das especificações de hardware no alcance da vantagem quântica no regime tolerante a falhas” descreveu duas ameaças principais representadas pela computação quântica à mineração de Cripto , especificamente à mineração de Bitcoin (BTC), e ao ecossistema mais amplo.

• Ameaça ao mecanismo de consenso de prova de trabalho.
• Ameaça à criptografia de curva elíptica de assinaturas digitais.

A ameaça dos computadores quânticos às blockchains de prova de trabalho

O mecanismo de consenso de prova de trabalhorefere-se ao sistema especial que certos blockchains empregam para selecionar participantes honestos para desempenhar o importante papel de propor novos blocos de dados de transações a serem adicionados ao blockchain. Como não há uma única autoridade governando um blockchain, ele deve depender de um sistema automatizado codificado no protocolo para filtrar usuários desonestos que podem tentar corromper o blockchain com transações inválidas.

Os computadores quânticos têm a capacidade de executar cálculos mais altos do que outros tipos de máquinas especializadas, e então a preocupação óbvia é que eles poderiam dominar a competição baseada em mineração. De acordo com os autores do artigo, no entanto, essa ameaça é considerada mínima devido à natureza do tempo de ciclo de clock consideravelmente mais lento dos computadores quânticos versusmineradores de circuitos integrados específicos para aplicações (ASIC)

“É improvável que a aceleração algorítmica compense os tempos de ciclo de clock consideravelmente mais lentos em relação à computação clássica de última geração no futuro próximo”, de acordo com o artigo.

Mas como os computadores quânticos podem ter tempos de ciclo de clock mais lentos, mas processar mais cálculos do que os computadores clássicos? De acordo com Macauley Coggins, fundador daComputação Quântica Reino Unido, tem a ver com a capacidade de um computador quântico de processar cálculos simultaneamente:

“O poder da computação quântica T está em ser mais rápida, ou seja, em velocidades de clock mais rápidas, mas em poder fazer uso do paralelismo quântico. É aí que cada combinação de um problema pode ser [calculada] em paralelo.”

Na verdade, cientistas da computação em outro artigo acadêmico intitulado “Vulnerabilidade das tecnologias blockchain a ataques quânticos”, que foi publicado no ScienceDirect, sugeriu que pode levar até o ano de 2028 para que os computadores quânticos sejam sofisticados o suficiente para superar a atual Tecnologia de chip ASIC e executar um ataque majoritário em uma rede blockchain. Isso não leva em consideração nenhuma melhoria futura na Tecnologia de chip ASIC até então.

“Nossos próprios cálculos baseados na Tecnologia ASIC atual, bem como os de outros autores [2,3], colocam a data mais próxima provável para que esse tipo de ataque seja possível em 2028. No entanto, os avanços na Tecnologia ASIC provavelmente adiarão essa data muito mais para frente”, de acordo com o estudo na ScienceDirect.

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Quebrando criptografia de chave pública-privada usando computadores quânticos

Ambos os artigos concordaram que a maior ameaça representada pelos computadores quânticos à Cripto não é à mineração, mas à quebra do "Algoritmo de assinatura digital de curva elíptica, ou ECDSA, que é usado pelo Bitcoin e um grande maioria das outras criptomoedas líderes.

ECDSA é o sistema criptográfico usado para gerar chaves públicas-privadas matematicamente vinculadas – as ferramentas digitais necessárias para enviar e receber Criptomoeda , bem como provar quem é o proprietário dos ativos mantidos em uma carteira de Cripto .

Quebrar essa forma de criptografia significaria que uma pessoa poderia descobrir a chave privada de alguém a partir da chave pública dessa pessoa, que é transmitida livremente para toda a rede cada vez que a carteira faz uma transação. Acessar uma chave privada é como identificar a senha de uma pessoa e daria ao invasor controle completo sobre quaisquer fundos mantidos no endereço da carteira.

“Se o mesmo par de chaves pública/privada for usado para manter o Bitcoin dos usuários após a chave pública se tornar de conhecimento público, todos os fundos protegidos pelo par de chaves serão vulneráveis. No entanto, também deve ser considerado que as carteiras de Bitcoin tendem a não usar repetidamente os mesmos pares de chaves”, de acordo com o artigo na AVS Quantum Science.

Então, quantos qubits seriam necessários para quebrar o algoritmo da curva elíptica? De acordo com o artigo da AVS Quantum Science, bastante:

“... Seriam necessários 317 × 106 qubits físicos para quebrar a criptografia em uma hora com um tempo de ciclo de código de 1 μs. Para quebrá-la em 10 min com o mesmo tempo de ciclo de código, seriam necessários 1,9 × 109 qubits físicos, enquanto para quebrá-la em 1 dia, seriam necessários apenas 13 × 106 qubits físicos.”

Principais problemas enfrentados pela Tecnologia de computação quântica

Embora os computadores quânticos já existam, a Tecnologia ainda está em seus primórdios.

Processador quântico da IBM,apelidado de “Águia”,é considerado o sistema de computação quântica mais poderoso do mundo até o momento – contendo 127 qubits. Muito longe dos estimados 1,9 bilhões de qubits necessários para quebrar o ECDSA em 10 minutos.

Adicionar mais qubits não é tão simples quanto parece. Tudo se resume a um fator extremamente limitante conhecido como "ruído quântico". O termo se refere a qualquer tipo de mudança ambiental sutil que pode afetar o desempenho de um qubit. Na verdade, as menores vibrações ou flutuações em WAVES temperadas ou eletromagnéticas podem causar algo conhecido como "decoerência", tornando os qubits incapazes de executar um único cálculo. O problema se torna cada vez mais persistente quanto mais qubits estão envolvidos.

É essa sensibilidade a fatores externos que inibe significativamente a progressão dos computadores quânticos e significa que é improvável que eles se tornem uma grande ameaça à mineração de Criptomoeda ou à criptografia subjacente que protege as transações até que esse problema seja resolvido.

Esforços estão sendo direcionados para a criação de computadores quânticos-clássicos hibridizados, bem como para a criação de software para minimizar a perturbação causada pelo ruído quântico. Mas isso T aborda outra questão crítica enfrentada pelos computadores quânticos.

Ao contrário dos computadores clássicos, é incrivelmente difícil remover erros ao executar cálculos em um computador quântico por causa da natureza linear das computações quânticas. Verificar qubits em busca de erros pode potencialmente interromper seu estado ou superposição, distorcendo os resultados.

Houve, no entanto, uma série de avanços na correção de erros quânticos, nomeadamente algo chamadoCódigo Bacon-Shordesenvolvido pelo físicoCristóvão Monroee vários pesquisadores da Universidade de Maryland. Mas, novamente, estima-se que esse tipo de correção de erro exija um computador quântico ostentando pelo menos 1.300 qubits – mais de 10 vezes o número de qubits presentes no processador Eagle da IBM.

Do jeito que está, embora os computadores quânticos possam um dia ter a capacidade de prejudicar severamente a mineração de Cripto e a integridade das redes baseadas em blockchain, a Tecnologia atual está longe de ser sofisticada o suficiente para causar qualquer preocupação séria.

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