I computer quantistici rappresentano una minaccia imminente per la sicurezza di Bitcoin

Bitcoin sta conquistando il mondo. La valuta digitale decentralizzata è una piattaforma di pagamento sicura che chiunque può utilizzare. È esente da interferenze governative e gestito da una rete peer-to-peer aperta.

Questa indipendenza è una delle ragioni per cui Bitcoin è diventato così popolare, facendo aumentare vertiginosamente il suo valore. All'inizio del 2017, un singolo bitcoin valeva circa $ 1.000. A novembre 2017, questo era salito a circa $ 7.000. In effetti, il valore totale del mercato delle criptovalute è di circa $ 150 miliardi.

Una caratteristica cruciale di Bitcoin è la sua sicurezza. I bitcoin hanno due importanti caratteristiche di sicurezza che ne impediscono il furto o la copia. Entrambi si basano su protocolli crittografici difficili da decifrare. In altre parole, sfruttano funzioni matematiche, come la fattorizzazione, che sono facili in una direzione ma difficili nell'altra, almeno per un normale computer classico.

Ma c'è un problema all'orizzonte. I computer quantistici possono risolvere facilmente questi problemi. E i primi computer quantistici sono attualmente in fase di sviluppo.

Ciò solleva una domanda urgente: quanto è sicuro Bitcoin rispetto ai tipi di attacco quantistico che saranno possibili nei prossimi anni?

Oggi riceviamo una risposta grazie al lavoro di Divesh Aggarwal presso l'Università Nazionale di Singapore e ad alcuni amici. Questi ragazzi hanno studiato la minaccia per Bitcoin rappresentata dai computer quantistici e affermano che il pericolo è reale e imminente.

Prima un po' di background. Le transazioni in bitcoin sono archiviate in un registro distribuito che raccoglie tutte le operazioni effettuate in un periodo di tempo specifico, di solito circa 10 minuti. Questa raccolta, chiamata blocco, contiene anche un hash crittografico del blocco precedente, che contiene un hash crittografico di quello precedente, e così via in una catena. Da qui il termine blockchain.

(Un hash è una funzione matematica che trasforma un insieme di dati di qualsiasi lunghezza in un insieme di lunghezza specifica.)

Il nuovo blocco deve contenere anche un numero chiamato nonce che ha una proprietà speciale. Quando questo nonce viene sottoposto a hash o combinato matematicamente con il contenuto del blocco, il risultato deve essere inferiore a un valore target specifico.

Dato il nonce e il contenuto del blocco, questo è facile da mostrare, il che consente a chiunque di verificare il blocco. Ma generare il nonce richiede tempo, poiché l'unico modo per farlo è con la forza bruta: provare i numeri uno dopo l'altro fino a trovare un nonce.

Questo processo di ricerca di un nonce, chiamato mining, viene ricompensato con Bitcoin. L'estrazione è così intensiva dal punto di vista computazionale che l'attività è solitamente suddivisa tra molti computer che condividono la ricompensa.

Il blocco viene quindi posizionato sul registro distribuito e, una volta convalidato, incorporato nella blockchain. I minatori iniziano quindi a lavorare sul blocco successivo.

Occasionalmente, due gruppi minerari trovano nonce diversi e dichiarano due blocchi diversi. Il protocollo Bitcoin prevede che in questo caso il blocco su cui si è lavorato di più verrà inglobato nella catena e l'altro scartato.

Questo processo ha un tallone d'Achille. Se un gruppo di minatori controlla più del 50 percento della potenza di calcolo sulla rete, può sempre estrarre blocchi più velocemente di chiunque abbia il restante 49 percento. In tal caso, controlla efficacemente il libro mastro.

Se è dannoso, può spendere bitcoin due volte, eliminando le transazioni in modo che non vengano mai incorporate nella blockchain. L'altro 49% dei minatori non è più saggio perché non ha la supervisione del processo di mining.

Ciò crea un'opportunità per un proprietario malintenzionato di un computer quantistico messo a lavorare come minatore di Bitcoin. Se questa potenza di calcolo supera la soglia del 50 percento, può fare ciò che vuole.

Quindi Aggarwal e colleghi esaminano specificamente la probabilità che un computer quantistico diventi così potente sulla rete. Esaminano le velocità di clock previste dei computer quantistici nei prossimi 10 anni e le confrontano con la probabile potenza dell'hardware convenzionale.

La loro conclusione sarà un sollievo per i minatori di Bitcoin di tutto il mondo. Aggarwal e colleghi affermano che la maggior parte del mining viene eseguita da circuiti integrati specifici dell'applicazione (ASIC) realizzati da aziende come Nvidia. È probabile che questo hardware mantenga un vantaggio in termini di velocità rispetto ai computer quantistici nei prossimi 10 anni circa.

Scopriamo che il proof-of-work utilizzato da Bitcoin è relativamente resistente all'accelerazione sostanziale dei computer quantistici nei prossimi 10 anni, principalmente perché i miner ASIC specializzati sono estremamente veloci rispetto alla velocità di clock stimata dei computer quantistici a breve termine, dicono .

Ma c'è una minaccia diversa che è molto più preoccupante. Bitcoin ha un'altra funzionalità di sicurezza crittografica per garantire che solo il proprietario di un Bitcoin possa spenderlo. Questo si basa sulla stessa matematica utilizzata per gli schemi di crittografia a chiave pubblica.

L'idea è che il proprietario generi due numeri: una chiave privata segreta e una chiave pubblica pubblicata. La chiave pubblica può essere facilmente generata dalla chiave privata, ma non viceversa. Una firma può essere utilizzata per verificare che il proprietario detenga la chiave privata, senza rivelare la chiave privata, utilizzando una tecnica nota come schema di firma a curva ellittica.

In questo modo, il destinatario può verificare che il proprietario sia in possesso della chiave privata e quindi abbia il diritto di spendere il Bitcoin.

L'unico modo per ingannare questo sistema è calcolare la chiave privata usando la chiave pubblica, che è estremamente difficile con i computer convenzionali. Ma con un computer quantistico, è facile.

Ed è così che i computer quantistici rappresentano un rischio significativo per Bitcoin. Lo schema di firma della curva ellittica utilizzato da Bitcoin è molto più a rischio e potrebbe essere completamente rotto da un computer quantistico già nel 2027, affermano Aggarwal e co.

In effetti, i computer quantistici rappresentano un rischio simile per tutti gli schemi di crittografia che utilizzano una tecnologia simile, che include molte forme comuni di crittografia.

Esistono schemi a chiave pubblica resistenti agli attacchi dei computer quantistici. Quindi è ipotizzabile che i protocolli Bitcoin possano essere rivisti per rendere il sistema più sicuro. Ma non ci sono piani per farlo ora.

Bitcoin non è estraneo alle controversie. Ha resistito a varie tempeste sulla sua sicurezza. Ma questa non è una garanzia che reggerà bene in futuro. Una cosa è certa: la pressione al cambiamento aumenterà quando i primi potenti computer quantistici saranno online nei prossimi anni.

Rif: arxiv.org/abs/1710.10377 : Attacchi quantistici su Bitcoin e come proteggerli

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