Criptomonedas y computadoras cuánticas

Criptomonedas y computadoras cuánticas

Las computadoras cuánticas son máquinas poderosas que pueden resolver ecuaciones complejas mucho más rápido que las computadoras ordinarias. Algunos expertos estiman que podrían, en solo unos minutos, romper el cifrado que las computadoras más rápidas de hoy en día tardarían miles de años en romper. Como tal, la mayor parte de la infraestructura de seguridad digital actual podría estar en riesgo, incluido el cifrado detrás del Bitcoin y criptomonedas

Una computadora cuántica es una máquina capaz de manipular información almacenada en sistemas cuánticos, como los espines de electrones (el campo magnético de los electrones), los niveles de energía de los átomos e incluso la polarización de los fotones.

Seguridad de Internet y cifrado asimétrico

La criptografía asimétrica (también conocida como criptografía de clave pública) es un componente crítico del ecosistema de criptomonedas y gran parte de la infraestructura de Internet.

Depende de un par de llaves para cifrar y descifrar información, es decir, una clave pública para cifrar y una clave privada para descifrar. Por el contrario, la criptografía de clave simétrica utiliza solo una clave para cifrar y descifrar datos.

Una clave pública se puede compartir y utilizar libremente para cifrar información, que solo se puede descifrar con el llave privada correspondiente. Esto asegura que solo el destinatario pueda acceder a la información encriptada.

Una de las principales ventajas de la criptografía asimétrica es la capacidad de intercambiar información sin la necesidad de compartir una clave común a través de un canal que no es de confianza. Sin esta habilidad, el seguridad la información básica sería imposible en Internet. Sin la capacidad de cifrar de forma segura la información entre partes que no son de confianza, sería difícil imaginar, por ejemplo, la banca en línea.

Parte de la seguridad de la criptografía asimétrica se basa en la suposición de que el algoritmo que genera el par de claves hace que sea increíblemente difícil descifrar qué clave es la clave privada de la clave pública, mientras que calcular la clave pública a partir de la clave privada sigue siendo simple. En matemáticas, esto se llama una "función de captura" porque es fácil hacer el cálculo en una dirección, pero difícil hacerlo en la otra dirección.

Hoy en día, los algoritmos más modernos que se utilizan para generar el par de claves se basan en estas funciones matemáticas conocidas como "función de trampilla". No es posible encontrar su solución en un marco de tiempo factible para cualquier computadora existente. Incluso las máquinas más potentes tardarían mucho en realizar estos cálculos.

Sin embargo, esto puede cambiar con el desarrollo de nuevos sistemas computacionales llamados computadoras cuánticas. Para entender por qué las computadoras cuánticas son tan poderosas, analicemos primero cómo funcionan las computadoras ordinarias.

computadoras clásicas

Las computadoras que conocemos hoy pueden llamarse computadoras clásicas. Esto significa que los cálculos se realizan en orden secuencial: se realiza una tarea de cálculo y luego se puede iniciar otra. Esto se debe a que la memoria en una computadora clásica debe obedecer las leyes de la física y solo puede tener un estado de 0 o 1 (apagado o encendido).

Existen varios métodos de hardware y software que permiten a las computadoras dividir cálculos complejos en partes más pequeñas para una mayor eficiencia. Sin embargo, el principio básico sigue siendo el mismo. Una actividad computacional debe completarse antes de que se pueda iniciar otra.

Consideremos el siguiente ejemplo, donde una computadora debe adivinar una clave de 4 bits. Cada uno de los cuatro bits puede ser cero o uno. Hay 16 combinaciones posibles, como se muestra en la siguiente tabla:

Computadoras cuánticas y criptomonedas

Una computadora clásica tiene que adivinar cada combinación por separado, una a la vez. Imagínese tener una cerradura y 16 llaves en un llavero. Cada una de las dieciséis teclas debe probarse por separado. Si el primero no abre la cerradura, puede ser la llave para el próximo intento, y así sucesivamente, hasta que la llave correcta abra la cerradura.

Sin embargo, a medida que aumenta la longitud de la clave, aumenta el número de combinaciones posibles. exponencialmente. En el ejemplo anterior, agregar un bit extra a la longitud de la clave nos daría 5 bits y 32 combinaciones posibles. Incrementarlo a 6 bits nos daría 64 combinaciones posibles. A 256 bits, el número de combinaciones posibles está cerca del número estimado de átomos en el universo observable.

Por otro lado, la velocidad de procesamiento computacional solo crece linealmente. Duplicar la velocidad de procesamiento de una computadora solo da como resultado duplicar el número de suposiciones que se pueden hacer en un período determinado. El crecimiento exponencial supera con creces cualquier progreso lineal en las conjeturas.

Se estima que un sistema informático clásico tardaría miles de años en adivinar una clave de 55 bits. El tamaño mínimo recomendado para una semilla de Bitcoin es de 128 bits, y muchas carteras utilizan implementaciones de 256 bits.

Aparentemente, la informática clásica no representa una amenaza para la criptografía asimétrica utilizada por las criptomonedas y la infraestructura de Internet.

Computadoras cuánticas

Actualmente existe una clase de computadoras, en las primeras etapas de desarrollo, que podrían resolver este tipo de problemas de una manera trivial: las computadoras cuánticas. las computadoras cuánticas son razonadolos de los elementos descritos en la teoría de la mecánica cuántica, que analiza el comportamiento de las partículas subatómicas.

En las computadoras clásicas, un bit se usa para representar información y puede tener un estado de 0 o 1. Las computadoras cuánticas funcionan con bits cuánticos o qubits. Qubit es la unidad básica de información en una computadora cuántica. Como un bit, un qubit puede tener un estado de cero o uno. Sin embargo, gracias a la peculiaridad de los fenómenos de la mecánica cuántica, el estado de un qubit también puede ser 0 y 1 simultáneamente.

Criptomonedas y computadoras cuánticas

Esto estimula la investigación y el desarrollo en el campo de la computación cuántica, con universidades y empresas privadas que invierten en la exploración de este nuevo y prometedor campo. Al abordar teorías abstractas y prácticas, los problemas de ingeniería de este campo están a la vanguardia de los logros tecnológicos humanos.

Desafortunadamente, un efecto secundario del uso de computadoras cuánticas sería que los algoritmos que forman la base de la criptografía asimétrica se volverían fácilmente descifrables, lo que provocaría el colapso de todos los sistemas que dependen de ellos.

Consideremos nuevamente el ejemplo de clave de 4 bits. En teoría, una computadora de 4 bits podría obtener los 16 estados (combinaciones posibles) a la vez, en una sola tarea computacional. La probabilidad de encontrar la clave correcta sería del 100% en el tiempo necesario para realizar el cálculo.

Computadoras cuánticas

Cifrado resistente a la tecnología cuántica

La aparición de la tecnología de computación cuántica podría comprometer la criptografía que sustenta la mayor parte de nuestra infraestructura digital moderna, incluidas las criptomonedas.

Esto pondría en peligro la seguridad, las operaciones y las comunicaciones en todo el mundo, desde los gobiernos y las corporaciones multinacionales hasta el usuario individual. No es sorprendente que se estén dirigiendo muchas investigaciones hacia el desarrollo de contramedidas a la tecnología cuántica. Los algoritmos criptográficos que supuestamente son seguros contra la amenaza de las computadoras cuánticas se conocen como "algoritmos cuánticos resistentes".

En un nivel más básico, parece que el riesgo asociado con las computadoras cuánticas se puede mitigar con la criptografía de clave simétrica simplemente aumentando la longitud de la clave. Sin embargo, este tipo de cifrado ha sido reemplazado por criptografía de clave asimétrica debido a los problemas de compartir una clave secreta común a través de un canal abierto. Sin embargo, a medida que evoluciona la tecnología de la computación cuántica, la criptografía simétrica puede reaparecer como una opción viable.

El tema de compartir un chave común en un canal abierto también se puede resolver con criptografía cuántica. Existe un progreso continuo en el desarrollo de contramedidas contra las escuchas clandestinas. Los fisgones en un canal compartido se pueden detectar utilizando los mismos principios necesarios para desarrollar computadoras cuánticas. Esto permitiría saber de antemano si un tercero alguna vez ha leído o manipulado una clave simétrica compartida.

Se están investigando otros tipos de investigación para combatir posibles ataques basados ​​en tecnología cuántica. Esto podría involucrar técnicas básicas como el hash para crear mensajes de mayor tamaño u otros métodos como la criptografía basada en malla. Todas estas investigaciones tienen como objetivo crear tipos de criptografía que dificultan que las computadoras cuánticas intenten descifrar.

Minería Bitcoin y Computadoras Cuánticas

La minería de Bitcoin también utiliza criptografía. Los mineros compiten para resolver un rompecabezas criptográfico a cambio de recompensas en bloque. Si un solo minero tiene acceso a una computadora cuántica, puede obtener el control de la red. Esto reduciría la descentralización de la red y potencialmente aumentaría la exposición a un ataque en un 51%.

Sin embargo, según algunos expertos, esta no es una amenaza inmediata. usted ASIC (Circuitos integrados de aplicación específica) pueden reducir la eficacia de dicho ataque, al menos en el futuro previsible. Además, si varios mineros tienen acceso a una computadora cuántica, el riesgo de tales ataques será significativamente menor.

Conclusión

El desarrollo de la computación cuántica y la consiguiente amenaza para las implementaciones actuales de criptografía asimétrica parece ser solo una cuestión de tiempo. Sin embargo, no se trata de una cuestión de importancia inmediata; existen enormes obstáculos, en términos de teoría e ingeniería, que superar antes de que esta tecnología pueda implementarse por completo.

Teniendo en cuenta todo lo que está en juego en términos de seguridad de la información, es razonable comenzar a pensar en contramedidas considerando futuros ataques. Afortunadamente, ya se está investigando mucho sobre posibles soluciones que podrían implementarse en los sistemas actuales. Estas soluciones, en teoría, podrían proteger la parte más importante de nuestra infraestructura contra futuras amenazas de computadoras cuánticas.

Los estándares de resistencia cuántica podrían distribuirse al público de la misma manera que se ha implementado la criptografía de extremo a extremo a través de navegadores y aplicaciones de mensajería. Una vez finalizados estos estándares, el ecosistema criptográfico podría integrar con relativa facilidad la mejor defensa posible contra estos vectores de ataque.

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