Всего 10 000 кубитов может быть достаточно, чтобы угрожать криптографии Bitcoin: Новое исследование

• Использование кодов qLDPC позволяет эффективно защищать 30 логических кубитов на каждые 100 физических.

• Давление на переход к новым стандартам растет из-за быстрого снижения стоимости оборудования.

Команда исследователей из Калифорнийского технологического института (Caltech) и стартапа Oratomic представила исследование, которое значительно снижает объем необходимого оборудования для выполнения алгоритма Шора, квантового метода, способного взломать криптографию, защищающую Bitcoin. Публикация состоялась почти одновременно со статьей, опубликованной Google, и угрозой квантовых вычислений для криптовалют.

Согласно исследованию, для этого может потребоваться всего 10 000 атомных кубитов, по сравнению с миллионами, которые ранее считались необходимыми.

Статья была опубликована 30 марта и подписана девятью исследователями, в том числе Джон Прескилл, одна из самых известных личностей в области квантовых вычислений во всем мире.

Джон Прескилл, американский теоретик физики и профессор теоретической физики в Калифорнийском технологическом институте. Источник: X.

Главным достижением исследования стало теоретическое снижение в два раза (то есть примерно в 100 раз) количества физического оборудования, необходимого для выполнения алгоритма Шора в криптографически значимом масштабе, благодаря достижениям в трех областях: новые типы корректоров ошибок, более эффективные логические операции и оптимизированная конструкция схем.

Временная близость к исследованию Google не является случайностью. Команда Google Quantum AI опубликовала собственное исследование, в котором оценила, что квантовый компьютер с менее чем 500 000 физических кубитов может взломать криптографию эллиптических кривых, используемую Bitcoin, всего за несколько минут, что на 20 раз меньше, чем предыдущие оценки. Обе работы указывают в одном направлении: вычислительные затраты на квантовую атаку на Bitcoin снижаются быстрее, чем ожидалось.

Что отличает это исследование?

Ключевым техническим аспектом работы, представленной Калифорнийским технологическим институтом (Caltech) и компанией Oratomic, является тип кодов, используемых для исправления квантовых ошибок. Квантовые компьютеры постоянно совершают ошибки, и для их компенсации требуется большое количество физических кубитов для защиты каждого логического кубита (единицы полезных вычислений). Традиционные методы, основанные на так называемых поверхностных кодах, требуют сотен физических кубитов на каждый логический кубит. Авторы нового исследования использовали коды с высокой эффективностью, называемые qLDPC, которые обеспечивают защиту около 30 логических кубитов на каждые 100 физических, в отличие от 4%, которые позволяют традиционные коды. Именно это позволяет столь радикально сократить общее количество необходимых кубитов.

В качестве платформы для этой разработки выбраны нейтральные атомы, тип квантового оборудования, который позволяет перемещать и перестраивать кубиты во время вычислений, что облегчает реализацию этих высокоэффективных кодов. Недавние эксперименты уже продемонстрировали работу массивов, содержащих более 6000 таких кубитов.

Оценка времени, необходимого для взлома

В исследовании представлены различные сценарии в зависимости от количества доступных кубитов и времени. При 11 961 кубите криптография эллиптических кривых ECC-256 (та же, которую использует Bitcoin) может быть взломана примерно за 264 дня. При 26 000 кубитах и более параллельной архитектуре это время сократится до 10 дней. Для RSA-2048, стандарта, который защищает значительную часть интернет-трафика, время взлома на порядок больше (примерно в 20 раз меньше) при аналогичных конфигурациях.

Эти цифры основаны на предположении о времени измерения в 1 миллисекунду, что является консервативной оценкой. Авторы отмечают, что улучшения в аппаратном обеспечении, такие как более быстрые измерения или более быстрая транспортировка атомов, могут сократить это время до нескольких часов или даже минут.

Что еще предстоит сделать

Это теоретический анализ, а не эксперимент. Компания Oratomic в настоящее время не имеет работающей машины с 10 000 кубитами, функционирующей в таком масштабе. Авторы признают, что для интеграции всех возможностей, которые сегодня продемонстрированы по отдельности, в единую систему, остаются серьезные инженерные задачи. Предполагаемое время цикла измерения, указанное в работе, в 1 миллисекунду, также требует дополнительных технологических разработок для практической реализации.

Давление на переход к постквантовой криптографии усиливается.

То, что это исследование и исследование Google добавляют к дискуссии, – это не конкретная дата атаки, а подтверждение того, что стоимость необходимого оборудования для ее осуществления быстро снижается. Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) уже опубликовал в 2024 году первые стандарты постквантовой криптографии, а в Bitcoin существует предложение BIP-360, которое предлагает новый тип адреса, способный скрыть открытые ключи от атак в состоянии покоя. Однако это предложение пока не получило согласия в сообществе.

Исследователи, такие как Адам Бэк, соучредитель Blockstream, оценивают риск в один-два десятилетия. Виталик Бутерин, соучредитель Ethereum, оценил, что это может произойти уже в 2028 году. То, что меняется благодаря таким исследованиям, – это переменная, которая наиболее важна для этого уравнения: сколько оборудования на самом деле необходимо, чтобы угроза стала реальной.

Теги: Bitcoin (BTC) Квантовые вычисления Исследование Последние новости

У вас есть важная информация для наших журналистов? Свяжитесь с нами