Envio da comunidade - Autor: John Ma

• Os computadores quânticos podem desencadear desenvolvimentos tecnológicos extraordinários, mas também podem enfraquecer a maior parte de nossa infraestrutura de segurança digital.

• Introdução

• Por enquanto, os computadores quânticos não são fortes o suficiente para quebrar carteiras de Bitcoin ou afetar a mineração, então as blockchains atuais permanecem seguras.

• Muitos no mundo cripto já estão trabalhando em novas medidas de segurança para se antecipar a potenciais ameaças quânticas no futuro.

Introdução

Os computadores quânticos são máquinas poderosas que usam os princípios da mecânica quântica para resolver certos problemas de forma muito mais eficiente do que computadores convencionais. Embora essas máquinas ainda sejam na maioria experimentais, seu desenvolvimento eventual pode apresentar novos desafios à segurança digital atual, incluindo a criptografia usada pelo Bitcoin e outras criptomoedas.

Este artigo explica como os computadores quânticos diferem dos computadores clássicos, os riscos que eles representam para criptomoedas e infraestrutura digital, e os esforços em andamento para mitigar essas ameaças futuras.

Criptografia Assimétrica e Segurança na Internet

A criptografia assimétrica (também conhecida como criptografia de chave pública ou PKC) é um componente crítico do ecossistema de criptomoedas e de grande parte da Internet.

PKC usa um par de chaves: uma chave privada, que deve ser mantida em segredo, e uma chave pública, que pode ser compartilhada com outros. Em criptomoedas, os usuários assinam transações com chaves privadas, e qualquer pessoa pode verificar a autenticidade usando a chave pública associada.

Um sistema PKC depende de algoritmos para gerar pares de chaves. Um bom algoritmo deve gerar chaves de uma maneira que torne incrivelmente difícil calcular a chave privada a partir da chave pública, mas muito fácil calcular a chave pública a partir da chave privada.

Em outras palavras, o sistema PKC depende de funções matemáticas conhecidas como "funções trapdoor". Estas são fáceis de executar em uma direção (por exemplo, gerar uma chave pública a partir de uma chave privada), mas computacionalmente inviáveis na direção inversa (como derivar uma chave privada a partir de uma chave pública).

Se você gostaria de ler mais sobre o assunto, confira Criptografia Simétrica vs. Assimétrica.

Os Computadores Quânticos Podem Quebrar Carteiras Cripto?

Em teoria, sim. Realisticamente, ainda não. Algoritmos modernos usados em segurança cripto e da internet têm funções trapdoor robustas que não são "solucionáveis" em um intervalo de tempo que seria viável para qualquer computador existente. Levaria imensas quantidades de tempo, mesmo para as máquinas mais poderosas, para realizar esses cálculos (mais sobre isso abaixo).

No entanto, isso pode mudar no futuro com o desenvolvimento de computadores quânticos. Para entender por que os computadores quânticos são tão poderosos, vamos examinar como os computadores regulares funcionam primeiro.

Computadores Clássicos

Os computadores clássicos processam informações usando dígitos binários, ou bits, que podem ser 0 ou 1. Cálculos complexos são realizados dividindo grandes problemas em tarefas menores, e embora sistemas modernos possam executar certas operações em paralelo, cada bit ainda existe apenas em um estado de 0 ou 1 (desligado ou ligado).

Vamos olhar para a adivinhação de uma chave criptográfica como um exemplo. Para uma chave de 4 bits, existem 16 combinações possíveis. Um computador clássico precisaria tentar cada combinação uma a uma, como mostrado na tabela abaixo.

No entanto, à medida que o comprimento da chave cresce, o número de combinações possíveis cresce exponencialmente. No exemplo acima, adicionar um bit extra para aumentar o comprimento da chave para 5 bits resultaria em 32 combinações possíveis. Aumentá-lo para 6 bits resultaria em 64 combinações possíveis. Com 256 bits, o número de combinações possíveis está próximo do número estimado de átomos no universo observável.

Notavelmente, a velocidade dos computadores clássicos aumenta linearmente, então o crescimento exponencial no espaço de chaves supera em muito as melhorias no hardware. Estima-se que levaria pelo menos mil anos para um sistema de computação clássica adivinhar uma chave de 55 bits (aproximadamente 36 quadrilhões de combinações possíveis).

Para referência, o tamanho mínimo recomendado para uma semente usada no Bitcoin é de 128 bits, com muitas implementações de carteira usando 256 bits, tornando ataques de força bruta por computadores clássicos praticamente impossíveis.

Computadores Quânticos

Os computadores quânticos usam bits quânticos, ou qubits, que—diferentemente dos bits clássicos—podem existir em uma superposição de 0 e 1 simultaneamente. Essa propriedade única, bem como o entrelaçamento quântico, permite que os computadores quânticos processem certos tipos de problemas de forma muito mais eficiente do que as máquinas clássicas.

Dois dos algoritmos quânticos mais relevantes para a criptografia são:

• Algoritmo de Shor: Permite a fatoração eficiente de grandes números e o cálculo de logaritmos discretos, o que pode eventualmente comprometer sistemas de criptografia de chave pública como RSA e criptografia de curva elíptica (ECC), amplamente usados na tecnologia blockchain.

• Algoritmo de Grover: Proporciona um aumento quadrático na velocidade para a busca e força bruta de chaves simétricas ou valores de hash, mas é menos arriscado porque seus efeitos podem ser mitigados simplesmente dobrando os tamanhos das chaves.

No entanto, é importante corrigir uma concepção errônea comum: computadores quânticos não "testam todas as combinações de uma vez". Em vez disso, eles usam interferência e superposição para resolver certos problemas estruturados mais rapidamente, mas nem todos os tipos de problemas se beneficiam igualmente dos aumentos de velocidade quântica.

Atualmente, computadores quânticos em larga escala e tolerantes a falhas, necessários para ameaçar a criptografia blockchain, não existem e provavelmente estarão a anos ou até décadas de distância, de acordo com a maioria dos especialistas.

Criptografia Resistente a Quânticos

O potencial dos computadores quânticos para quebrar a criptografia moderna tem impulsionado pesquisas significativas em novas formas de criptografia "pós-quântica" ou resistente a quânticos. Estes são métodos criptográficos que se acredita serem seguros mesmo na presença de adversários quânticos capazes.

Vários tipos de criptografia pós-quântica estão sendo investigados, incluindo:

• Criptografia baseada em redes

• Criptografia baseada em hash

• Criptografia polinomial multivariada

• Criptografia baseada em códigos

Corpos de padronização internacionais, como o NIST, estão trabalhando ativamente para identificar e endossar esses algoritmos resistentes a quânticos para que possam ser amplamente implantados antes que computadores quânticos em larga escala se tornem uma realidade.

Para criptografia simétrica, o algoritmo de Grover reduz pela metade a eficácia das chaves. Isso significa que, por exemplo, AES-256 proporcionaria 128 bits de segurança contra um atacante quântico—considerado ainda forte. Portanto, simplesmente usar chaves mais longas pode manter a segurança para a criptografia simétrica.

Outra área de pesquisa é a distribuição de chaves quânticas (QKD), que pode detectar escuta em trocas de chaves usando propriedades quânticas, embora seja um campo separado da criptografia blockchain e apresente seus próprios desafios de implementação.

Computadores Quânticos e Mineração de Bitcoin

A mineração de Bitcoin depende da resolução de quebra-cabeças de hash criptográficos (usando funções como SHA-256). Computadores quânticos podem aplicar o algoritmo de Grover para um aumento quadrático na busca por hashes válidos. No entanto, isso não é nem de perto tão poderoso quanto o aumento exponencial que o algoritmo de Shor proporciona contra sistemas de chave pública.

Como resultado, simplesmente aumentar a dificuldade ou o comprimento das funções de hash poderia contrabalançar as melhorias quânticas na mineração. Além disso, a maioria dos pesquisadores concorda que a computação quântica não representa uma ameaça existencial iminente à mineração de Bitcoin.

Vale também notar que a eficácia dos computadores quânticos para mineração é teórica e, na prática, enfrenta muitos desafios de engenharia do mundo real.

Transição para Blockchains Resistentes a Quânticos

Mover redes criptográficas para algoritmos resistentes a quânticos será um esforço substancial. Atualizar protocolos, carteiras e infraestrutura exigirá coordenação global e participação ativa dos usuários. Garantir uma migração suave—possivelmente incluindo forks duros ou suaves—será tecnicamente e logisticamente complexo, mas é considerado essencial para a segurança a longo prazo.

Importante, chaves públicas na blockchain do Bitcoin só são expostas após as moedas serem gastas de um endereço. Endereços não gastos, portanto, são menos imediatamente vulneráveis a ataques quânticos.

Considerações Finais

A computação quântica é um campo ativo com potencial para interromper os padrões atuais de segurança digital, incluindo sistemas de criptografia de chave pública usados no Bitcoin e outras criptomoedas. Ainda assim, computadores quânticos práticos capazes de quebrar blockchains modernas ainda não existem e provavelmente ainda estarão a anos, se não décadas, de distância.

A indústria de criptomoedas e as comunidades mais amplas de segurança digital estão se preparando para esses riscos futuros desenvolvendo e padronizando algoritmos resistentes a quânticos. Embora computadores quânticos não representem atualmente um risco urgente para ativos como Bitcoin, vale a pena acompanhar os recentes desenvolvimentos no campo.

Leitura Adicional

• Criptografia Simétrica vs. Assimétrica

• O que é Hashing?

• O que é uma Assinatura Digital?

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