A computação quântica, que já foi um conceito teórico, está agora avançando rapidamente e remodelando nossa compreensão do processamento de dados.

Ao contrário dos computadores tradicionais que usam bits, as máquinas quânticas utilizam qubits, que podem existir em vários estados ao mesmo tempo. Isso os torna significativamente mais eficientes do que os sistemas de computação tradicionais na resolução de problemas complexos.

Para o setor blockchain, a ascensão da tecnologia quântica representa uma ameaça significativa aos sistemas criptográficos que sustentam a segurança blockchain. Os métodos de criptografia atuais, como Rivest-Shamir-Adleman (RSA) e criptografia de curva elíptica (ECC), são amplamente utilizados em redes como Bitcoin e Ethereum. 

Sua principal força reside na complexidade, que os sistemas tradicionais não conseguem quebrar. No entanto, as máquinas quânticas afirmam ser capazes de quebrar estes sistemas, deixando potencialmente estas redes vulneráveis ​​a ataques que antes eram considerados improváveis.

Com todo o setor composto por criptomoedas, tokens não fungíveis (NFTs) e aplicações descentralizadas (DApps) em risco, são urgentemente necessárias medidas criptográficas resistentes ao quantum. À medida que avançamos lentamente em direção à era pós-quântica, o setor blockchain deve inovar e adaptar-se.

Para esclarecer essas questões, Lisa Loud, Diretora Executiva da Secret Network Foundation e Presidente do IEEE SA Quantum Algorithms Workgroup, conversou recentemente com crypto.news, discutindo as implicações da computação quântica para a segurança do blockchain e como essas ameaças estão sendo abordadas.

O que são ataques à computação quântica e por que são considerados uma ameaça ao blockchain e às criptomoedas em geral?

Os ataques de computação quântica são algo parecido com os ataques de força bruta dos dias atuais, pois sua capacidade de tentar diferentes combinações é bastante aprimorada em relação aos computadores clássicos. Se você tiver uma fechadura com combinação de três dígitos, existem cerca de mil combinações, e um ladrão paciente pode tentar todas e destravar sua mala ou roubar sua bicicleta. Quando você tem uma senha online de 12 caracteres, as permutações aumentam para 7.212 senhas diferentes possíveis, que um ser humano não conseguiria gerenciar – mas um computador clássico poderia tentar todas elas em sequência e eventualmente encontrar a combinação certa. Se você tiver uma carteira com uma chave privada criptografada, o número de opções possíveis aumenta para 2.256. Isso é demais para a computação clássica gerenciar, mas um computador quântico poderia fazer isso. 

Isto é uma simplificação da realidade, mas transmite o conceito de por que um ataque de computador quântico é uma ameaça para blockchains e criptomoedas.  Muitas propostas para enfrentar esta ameaça são em grande parte teóricas ou dependem da solução de criação de novas blockchains com resistência quântica nativa, mas isto não é prático quando há milhões de dólares amarrados em blockchains existentes. Em vez disso, alguns investigadores estão a concentrar-se em estruturas de ponta a ponta que podem ser aplicadas às cadeias de bloqueio existentes3. Outra ameaça menos óbvia, mas potencial, é que os computadores quânticos poderão ser capazes de extrair blocos muito mais rapidamente do que os computadores clássicos, centralizando potencialmente o poder de mineração. 

O setor blockchain poderá resolver esses problemas antes que a tecnologia de computação quântica esteja totalmente pronta?

Estas são as questões que vemos hoje, mas quem sabe o que surgirá quando a computação quântica se tornar realidade. Sabemos que a criptografia blockchain está evoluindo especificamente para combater essas ameaças, mas a maior questão é: no que não pensamos? Que ameaças existem que não são óbvias hoje, mas que só surgirão quando tivermos estas duas tecnologias no mesmo espaço? Não sabemos a resposta, mas podemos ter certeza de uma coisa: haverá problemas novos e inesperados para resolver quando os blockchains encontrarem a computação quântica.

Teoricamente, os computadores quânticos podem quebrar os algoritmos criptográficos RSA e Elliptic Curve; quão iminente é a ameaça às atuais plataformas blockchain como Bitcoin e Ethereum?

O campo da criptografia quântica, embora promissor no seu potencial para quebrar cifras existentes, está longe de estar pronto para implementações práticas. Ao mesmo tempo, a criptografia em cadeia continua a evoluir e os criptógrafos de hoje estão cientes da ameaça quântica que se aproxima. Como resultado deste conjunto de condições, o desenvolvimento de novos métodos de criptografia on-chain considera necessários métodos à prova quântica. Hoje, não há ameaça iminente ao Bitcoin ou ao Ethereum simplesmente porque o hardware quântico continua sendo em grande parte uma construção teórica. 

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Você acha que os padrões criptográficos podem ajudar a proteger as redes blockchain contra ameaças quânticas? Eles podem ser integrados em sistemas existentes como Bitcoin e Ethereum?

Existem vários algoritmos de criptomoeda projetados para lidar com resistência quântica, como SPHINCS+. Embora eu presidir um comitê de padrões no IEEE para definir as melhores práticas na escrita de algoritmos quânticos, há outros grupos de trabalho no IEEE e em muitas outras organizações de padrões trabalhando nas melhores práticas para o desenvolvimento de software resistente a quantum. Os blockchains serão capazes de mudar os algoritmos de criptografia mais cedo do que muitas outras áreas da indústria. Em particular, as cadeias que tenham uma estrutura de governação em vigor terão mais facilidade em fazer a mudança. Cadeias como Bitcoin ou Ethereum podem demorar mais.

Quais são os desafios que os blockchains descentralizados enfrentam na migração para a criptografia pós-quântica? O pseudonimato inerente aos blockchains públicos é um problema?

O pseudonimato dos usuários do blockchain não é tanto o problema aqui – é a distribuição de nós em cada blockchain, dos quais o Bitcoin é o mais extremo. Qualquer estratégia de mitigação para tornar o Bitcoin à prova quântica quase certamente exigirá uma mudança no formato do endereço da carteira. O mecanismo de consenso de prova de trabalho do Bitcoin é menos ameaçado imediatamente, mas seu sistema de endereço (baseado no ECDSA – Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) é vulnerável e precisará mudar. Historicamente, este tem sido um processo confuso que criou o caos e algumas perdas.  O Ethereum enfrenta desafios semelhantes com a sua estrutura de endereços e ampla distribuição, mas tem a vantagem de ser mais facilmente atualizável do que o Bitcoin devido às suas capacidades de contrato inteligente. 

Então, sim, haverá desafios na migração de qualquer blockchain para a criptografia pós-quântica, e quanto mais ampla for a distribuição da cadeia, mais difícil será superar esses desafios. Carteiras com migração mais lenta podem enfrentar vulnerabilidades maiores a ataques quânticos. Garantir que os sistemas pós-quânticos possam interagir com sistemas legados durante o período de transição exigirá a manutenção de sistemas duais por um período prolongado, e a estrutura chave maior poderá impactar o desempenho do blockchain. 

Então, existe alguma rede blockchain equipada para a transição? 

Alguns blockchains que foram construídos mais recentemente têm um caminho mais fácil para a mitigação. Por exemplo, o Cosmos está configurado de uma forma que permitiria uma migração mais fácil. Todas as cadeias construídas no Cosmos SDK podem querer escolher um algoritmo comum à prova de quantum para facilitar a integração da carteira. Algumas cadeias são projetadas especificamente para criptografar os dados que transportam nas transações, como Secret Network e Fhenix. Secret usa enclaves de hardware seguros (como o TEE da Intel SGX) para proteger dados criptografados em cadeia. Essas criptografias são resistentes a ataques quânticos, pois é possível que enclaves seguros alterem seus esquemas de criptografia em tempo real, com algumas implicações de desempenho. Fhenix usa matemática – ou criptografia totalmente homomórfica – para proteger os dados em um esquema de criptografia complexo que é resistente a quantum. A tecnologia para FHE não está pronta para ser usada hoje, mas seu cronograma é muito mais curto do que o cronograma para computadores quânticos. Isso permite que o futuro dos blockchains seja construído nativamente com resistência quântica integrada, muito antes que a computação quântica esteja pronta para atacar os blockchains.

Quanto tempo o setor blockchain tem antes que a ameaça da computação quântica se torne inevitável?

Nos próximos 10-20 anos, a indústria [blockchain] deverá estar totalmente preparada. Muitos especialistas acreditam que computadores quânticos capazes de quebrar os sistemas criptográficos atuais poderão surgir neste período. Além disso, se não forem resolvidos, os computadores quânticos provavelmente serão capazes de quebrar a maioria dos sistemas criptográficos atuais usados ​​em blockchains. O dia em que a computação quântica ameaçará a criptografia do Bitcoin e do Ethereum será um futuro incerto. Quanto a quando um computador com hardware e software suficientes para lidar com problemas complexos estará pronto, com base na modelagem do número de qubits desenvolvidos desde 2014 e na projeção desse cronograma para frente1, as primeiras estimativas são 2035, e alguns dizem muito mais tarde, até o ano 2050. 

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