FHE и угроза квантовых вычислений: Почему гомоморфное шифрование создано для постквантовой эры

Поделиться

Ссылка скопирована

Отказ от ответственности: Эта статья не является инвестиционным советом. Содержание и материалы, представленные на этой странице, предназначены только для образовательных целей.

Биткойнеры давно теоретизировали о тех самых "черных лебедях", которые могут парализовать криптовалютную сеть, сделав ее непригодной для использования. Предполагаемые сценарии варьируются от ядерной катастрофы до масштабного сбоя в работе интернета – любое из этих событий, безусловно, окажет гораздо более существенное влияние на человечество, чем просто невозможность совершения транзакций в блокчейне.

Одной из самых серьезных угроз, о которой сейчас активно говорят, является угроза, исходящая от квантовых вычислений. Как только появятся достаточно мощные квантовые компьютеры, апокалиптические сценарии предсказывают, что криптография может рухнуть в одночасье, что затронет не только Bitcoin, но и большинство блокчейнов, а также традиционную банковскую систему и веб-безопасность.

Причина, по которой этот страх получил широкое распространение, в отличие от других "черных лебедей" – например, появления инопланетных технологий или активации 1 миллиона спящих биткойнов, принадлежащих Сатоши – заключается в том, что угроза квантовых вычислений имеет вполне реальные основания для реализации. Многие считают, что это неизбежно, и что вопрос лишь в том, когда это произойдет.

Говорим ли мы о годах или десятилетиях? Если речь идет о последних, то у мира есть достаточно времени для перехода к квантово-устойчивым системам. Если же речь идет о первом варианте, то у нас возникла серьезная проблема. Именно поэтому имеет смысл предпринять меры сейчас, чтобы когда этот день настанет, мир был готов и имел реализованные решения для предотвращения компрометации цифровых активов и распределенных реестров, на которых они работают.

В результате, исследователи все больше внимания уделяют криптографическим системам, устойчивым к квантовым вычислениям, чтобы обеспечить их безопасность даже в мире, где существуют квантовые компьютеры. Полное гомоморфное шифрование (FHE) относится именно к этой категории, что является одной из основных причин, по которой оно привлекает растущий интерес в Web3 и традиционных вычислениях.

Чтобы понять, почему, нам нужно разобраться в угрозе квантовых вычислений и изучить отличия в математической основе FHE от криптографии, на которой в настоящее время основаны большинство блокчейнов.

Проблема квантовых вычислений

Большинство людей не до конца понимают квантовые вычисления из-за их сложности, но они осознают серьезность угрозы, которую они представляют. Как вы, вероятно, знаете, традиционные компьютеры обрабатывают информацию в виде битов, которые могут находиться в одном из двух состояний: 0 или 1. Квантовые компьютеры используют квантовые биты, или кубиты, которые могут находиться в нескольких состояниях одновременно благодаря свойству, называемому суперпозицией.

Не вдаваясь в глубокие физические детали, практически это означает, что определенные задачи, которые потребовали бы классическим компьютерам тысячи или миллионы лет для решения, теоретически могут быть решены гораздо быстрее на квантовом компьютере. Это важно, потому что многие широко используемые системы шифрования основаны на математических задачах, которые легко решаются в одном направлении, но чрезвычайно сложны для обратного решения.

Два наиболее важных примера – это шифрование RSA, которое основано на сложности факторизации больших простых чисел, и криптография на эллиптических кривых (ECC), которая основана на сложности решения дискретных логарифмических задач. Обе эти системы уязвимы для квантового алгоритма, известного как алгоритм Шора, который может эффективно решать математические задачи, обеспечивающие их безопасность, и ECC особенно важна для блокчейна, поскольку она является основой безопасности большинства криптокошельков.

Почему блокчейн может быть уязвим

В большинстве блокчейн-сетей контроль над средствами в конечном итоге сводится к владению закрытым ключом. Когда вы отправляете транзакцию, сеть проверяет, что вы владеете этим ключом, проверяя цифровую подпись, полученную с использованием криптографии на эллиптических кривых. При условии использования классических вычислений, получение закрытого ключа из открытого ключа является вычислительно невозможным.

Однако при наличии достаточно мощного квантового оборудования, работающего с алгоритмом Шора, ситуация меняется. Квантовый злоумышленник теоретически может получить закрытый ключ из открытого ключа, что позволит ему подделывать подписи и, возможно, опустошать кошельки.

Это не обязательно означает, что угроза неминуема. Современные квантовые компьютеры пока слишком малы и подвержены ошибкам, чтобы проводить такие атаки в масштабе. Однако криптография работает в долгосрочной перспективе, и активы, хранящиеся в блокчейне сегодня, должны оставаться в безопасности на протяжении десятилетий, что и приводит нас к FHE.

Почему FHE обладает устойчивостью к квантовым угрозам

Полностью гомоморфное шифрование (FHE) построено по-другому. Это связано с тем, что большинство современных реализаций FHE основаны на криптографии на основе решеток, которая основана на сложности решения задач, связанных с многомерными геометрическими структурами, называемыми решетками.

Проще говоря, задача заключается в решении больших систем уравнений, включающих небольшое количество шума или случайности. Для классических компьютеров решение этих задач эффективно является чрезвычайно сложной задачей, и, что критически важно, ни один известный квантовый алгоритм не может решить их значительно быстрее.

Это делает системы, основанные на решетках, одними из ведущих кандидатов для постквантовой криптографии, и такие организации, как Национальная лаборатория стандартов и технологий США (NIST), выбрали несколько алгоритмов, основанных на решетках, в качестве будущих криптографических стандартов.

Поскольку большинство схем гомоморфного шифрования (FHE) построены на одних и тех же математических основах, они наследуют ту же устойчивость к квантовым атакам. Другими словами, FHE изначально не разрабатывалась как механизм защиты от квантовых вычислений, но математика, на которой она основана, совпадает с направлением развития постквантовой криптографии.

Что это значит для блокчейна

Устойчивость к квантовым вычислениям особенно важна для систем блокчейна, поскольку они предназначены для долгосрочной работы. Мы не знаем, какой будет стоимость одного биткоина через 20 лет, но мы хотели бы иметь уверенность в том, что он будет иметь какую-то ценность, и, следовательно, будет стоить того, чтобы его хранить как долгосрочную инвестицию, а также, в конечном итоге, передать нашим потомкам.

Именно поэтому важно сейчас задумываться о квантовых вычислениях. Также стоит отметить, что блокчейны не могут просто заменить криптографические системы в одночасье. Их предположения о безопасности заложены во все, от механизмов консенсуса до архитектуры кошельков.

Если широко используемый криптографический примитив становится уязвимым, миграция всей экосистемы блокчейна была бы – как сказал бы Бейн – чрезвычайно болезненной. Именно поэтому индустрия начала обращать внимание на FHE.

Поскольку FHE позволяет выполнять вычисления на зашифрованных данных и опирается на квантово-устойчивую математику, она предлагает путь к блокчейн-системам, сохраняющим конфиденциальность, которые также являются постквантово-защищенными. Это особенно актуально для приложений, связанных с конфиденциальными финансовыми данными.

Роль FHE в приватных DeFi

Одно из самых перспективных применений FHE в блокчейне сегодня – это зашифрованные децентрализованные финансы. Публичные блокчейны по своей природе являются прозрачными, и, хотя эта прозрачность ценна для проверки, она создает проблемы на финансовых рынках, где стратегии и балансы кошельков становятся видимыми для всех.

Полное гомоморфное шифрование решает эту проблему, позволяя смарт-контрактам работать с зашифрованными балансами. Например, протокол кредитования может проверить, достаточно ли залога у заемщика для получения кредита, не раскрывая точную сумму, а пороговые значения ликвидации могут оставаться скрытыми, что предотвращает возможность для трейдеров нацеливаться на уязвимые позиции. Модели кредитования, построенные на FHE, демонстрируют, как смарт-контракты могут обеспечивать соблюдение финансовых правил, сохраняя при этом конфиденциальность чувствительной информации.

В этом контексте FHE обеспечивает две выгоды одновременно: конфиденциальность в сочетании с долгосрочной криптографической устойчивостью.

Криптографическая модель, готовая к будущему

Развитие квантовых вычислений заставило криптографов пересмотреть предположения, лежащие в основе современной безопасности. Похоже, что технологии, построенные на основе классических криптографических примитивов, в конечном итоге могут потребовать замены. Это может произойти постепенно или внезапно из-за прорыва в квантовых вычислениях.

Важно, чтобы когда это произойдет, мы были готовы, а не судорожно искали решение, к тому времени, когда может быть уже слишком поздно. Мы не знаем, как долго продлится "преквантовая" эпоха. Но мы знаем, что каждая эпоха в конечном итоге заканчивается, и когда наступит "преквантовая" эпоха, блокчейны, защищенные с помощью полностью гомоморфного шифрования (FHE), останутся не затронутыми, и их гарантии безопасности останутся неизменными.

В настоящее время FHE полезен для многих задач, включая обеспечение конфиденциальности в блокчейнах. Но в будущем его основная ценность может заключаться в том, что он обеспечивает защиту, которая гарантирует, что блокчейн останется неуязвимым для самых мощных компьютеров, когда-либо созданных.

Отказ от ответственности: Этот контент предоставлен третьей стороной. Ни crypto.news, ни автор этой статьи не поддерживают ни один из продуктов, упомянутых на этой странице. Пользователи должны проводить собственные исследования, прежде чем предпринимать какие-либо действия, связанные с этой компанией.