Společnost Google oznámila významný pokrok ve vývoji kvantových počítačů, který by v budoucnu mohl ohrozit bezpečnost bitcoinových peněženek. Její kvantový čip Willow dokázal přibližně 40krát snížit chybovost při přípravě speciálních kvantových stavů. Největší riziko přitom hrozí nejstarším bitcoinům, jejichž veřejné klíče jsou již dlouhodobě dostupné na blockchainu.
Vývoj kvantových počítačů představuje jednu z dlouhodobých technologických hrozeb pro Bitcoin a další kryptoměny. Nejnovější výzkum společnosti Google, zveřejněný ve vědeckém časopise Science, ukazuje významný posun v překonávání jedné z hlavních překážek, které dosud bránily praktickému využití těchto zařízení k prolomení kryptografického zabezpečení.
Kvantový čip Willow podle Googlu dosáhl přibližně 99,99% přesnosti při vytváření takzvaných magic states, tedy speciálních kvantových stavů potřebných pro provádění pokročilých výpočtů. Jejich příprava je mimořádně náročná na hardware a představuje jednu z hlavních technologických výzev při konstrukci výkonných kvantových počítačů.
Přestože nový výsledek neznamená, že by současné kvantové počítače dokázaly prolomit zabezpečení Bitcoinu, přibližuje výzkumníky k vytvoření zařízení, která by toho v budoucnu mohla být schopna.
Bitcoin využívá kryptografii založenou na dvojici soukromého a veřejného klíče. Soukromý klíč umožňuje vlastníkovi podepisovat transakce, zatímco veřejný klíč slouží k ověření jejich pravosti. Současné klasické počítače nedokážou ze známého veřejného klíče efektivně vypočítat odpovídající soukromý klíč.
Dostatečně výkonný kvantový počítač využívající Shorův algoritmus by však teoreticky mohl tuto ochranu překonat. Útočník by následně získal možnost podepisovat transakce jménem skutečného vlastníka a převést jeho bitcoiny na vlastní adresu.
Zvláště zranitelné mohou být některé bitcoiny vytěžené v počátečních letech existence sítě. U části historických adres jsou totiž veřejné klíče dostupné přímo na blockchainu, což by potenciálnímu útočníkovi poskytovalo prakticky neomezený čas na jejich analýzu.
Modernější způsoby ukládání bitcoinů v některých případech veřejný klíč skrývají za kryptografickým hashem až do okamžiku, kdy vlastník prostředky utratí. Útočník by tak měl podstatně kratší dobu na případné prolomení zabezpečení. Neplatí to však pro všechny novější typy adres, protože například Taproot veřejný klíč zveřejňuje již při vytvoření výstupu.
Situace je komplikovanější u ztracených bitcoinů. Pokud jejich majitelé již nedisponují soukromými klíči, nemohou prostředky přesunout na nové adresy využívající případné budoucí kvantově odolné zabezpečení. Takové mince by proto mohly zůstat vystavené riziku i po zavedení bezpečnějších kryptografických standardů.
Diskuse o kvantové bezpečnosti přichází v době, kdy se na blockchainu objevují pohyby dlouhodobě neaktivních bitcoinů. Dne 7. října bylo přesunuto 100,02 BTC, které zůstávaly nedotčené od července 2010. Jejich hodnota v době převodu dosahovala přibližně 8,5 milionu dolarů.
Dalších 553,59 BTC v hodnotě zhruba 40 milionů dolarů se přesunulo během srpna z šesti peněženek, které byly neaktivní od let 2011 až 2014. Tyto transakce však nelze automaticky spojovat s obavami z kvantových počítačů. Mohlo jít o běžnou reorganizaci prostředků, změnu způsobu jejich zabezpečení nebo přípravu k prodeji.
Samotný průlom Googlu se týká především efektivity kvantových výpočtů. Kvantové počítače využívají takzvané qubity, které jsou mimořádně citlivé na okolní prostředí. Jejich stav mohou narušit například teplotní změny, vibrace nebo elektromagnetické rušení, což vede ke vzniku výpočetních chyb.
Výzkumníci proto vytvářejí systémy oprav chyb, které kombinují větší množství fyzických qubitů do spolehlivějších logických qubitů. Některé náročné operace přitom vyžadují právě speciální magic states, které se během výpočtu spotřebovávají a musí být neustále připravovány znovu.
Google nyní představil metodu označovanou jako cultivation, která umožňuje tyto stavy vytvářet efektivněji. Proces začíná přípravou nedokonalého kvantového stavu, následně kontroluje jeho chyby a nevyhovující pokusy vyřazuje.
Výsledkem je výrazně vyšší kvalita úspěšně připravených stavů při nižších hardwarových nárocích. Výzkumníci ovšem upozorňují, že kontrolou prošlo pouze přibližně 8 % pokusů. Ze stovky připravených stavů tak bylo použitelných přibližně osm, přestože jejich výsledná přesnost dosahovala téměř 100 %.
Nový výsledek navazuje na předchozí výzkum společnosti Google. Ta již v březnu odhadovala, že za určitých technologických předpokladů by kvantový počítač s méně než 500 000 fyzickými qubity mohl prolomit kryptografické zabezpečení používané Bitcoinem a Ethereem.
Podle jednoho z modelovaných scénářů by kvantový útok mohl trvat přibližně devět minut od okamžiku zpřístupnění veřejného klíče. Takový výpočet by však vyžadoval nepřetržitou produkci přibližně 500 000 dostatečně spolehlivých magic states za sekundu.
Právě efektivnější příprava těchto stavů je oblastí, ve které Google nyní dosáhl pokroku. Výsledky však nelze interpretovat tak, že by se potřebný počet qubitů automaticky snížil na čtyřicetinu. Předchozí odhady již totiž s efektivní výrobou kvantových stavů počítaly.
K praktickému prolomení bitcoinové kryptografie tak stále zbývá překonat značné technologické překážky. Výzkumníci musí nové postupy rozšířit na mnohem větší systémy, zlepšit opravu chyb v reálném čase a zajistit stabilitu během dlouhých výpočtů.
Nejnovější úspěch Googlu nicméně znovu otevírá otázku, jak rychle by se měl Bitcoin připravovat na přechod ke kvantově odolné kryptografii. Přestože bezprostřední ohrožení bitcoinových peněženek prokázáno nebylo, postupný technologický pokrok naznačuje, že problém nemusí zůstat pouze teoretickou záležitostí.
Pro bitcoinovou komunitu bude zásadní nejen samotný vývoj kvantových počítačů, ale také schopnost zavést nové bezpečnostní mechanismy dříve, než případní útočníci získají dostatečný výpočetní výkon.