ชิปควอนตัม Willow ของ Google เทียบกับความปลอดภัยของ Bitcoin – มีอะไรเป็นเดิมพัน?

การคำนวณควอนตัมกับการคำนวณแบบคลาสสิก

ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างคอมพิวเตอร์ควอนตัมและคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมอยู่ที่วิธีการประมวลผลข้อมูล

มาทำความเข้าใจความแตกต่างโดยละเอียดเพิ่มเติมอีกหน่อย:

• การคำนวณแบบคลาสสิก: ทำงานโดยใช้บิตไบนารี (0 และ 1) เพื่อทำการคำนวณตามลำดับ แม้แต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์คลาสสิกที่เร็วที่สุดก็ยังแก้ปัญหาด้วยการก้าวหน้าเชิงเส้นได้
• การคำนวณควอนตัม: ใช้ qubit ซึ่งสามารถอยู่ในสถานะซ้อนทับได้ (ทั้ง 0 และ 1 พร้อมกัน) เมื่อคิวบิตพันกัน คิวบิตจะส่งผลต่อกันและกันในทันที ทำให้ระบบสามารถประมวลผลการคำนวณหลายรายการพร้อมกันได้

ความคล้ายคลึงกันนี้ช่วยให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีความเป็นเลิศในงานเฉพาะด้าน เช่น ปัญหาการปรับให้เหมาะสม การจำลองระดับโมเลกุล และการทดสอบการเข้ารหัส ซึ่งระบบแบบคลาสสิกขาดประสิทธิภาพเนื่องจากข้อจำกัดเชิงเส้น

ตัวอย่างพลังการคำนวณของวิลโลว์ในโลกแห่งความเป็นจริง:

• การค้นคว้ายาและวัสดุศาสตร์: ความสามารถของวิลโลว์ในการจำลองสถานะควอนตัมทำให้นักวิจัยสามารถศึกษาปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลที่ซับซ้อนได้ ตัวอย่างเช่น การจำลองการพับโปรตีนซึ่งเป็นงานที่ต้องใช้คอมพิวเตอร์มาก สามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยระบบควอนตัม
• การสร้างแบบจำลองสภาพภูมิอากาศ: ด้วยการแก้สมการไม่เชิงเส้นที่ความเร็วควอนตัม Willow สามารถสร้างแบบจำลองระบบสิ่งแวดล้อมที่ซับซ้อนได้ โดยนำเสนอข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับกลยุทธ์การบรรเทาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
• ปัญหาการเพิ่มประสิทธิภาพ: ความสามารถของ Willow ขยายไปสู่การแก้ปัญหาความท้าทายด้านลอจิสติกส์ เช่น การเพิ่มประสิทธิภาพห่วงโซ่อุปทานและการสร้างแบบจำลองทางการเงิน ซึ่งช่วยลดเวลาในการแก้ปัญหาได้อย่างมากเมื่อเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม

การเปิดเผย Willow ถือเป็นข้อพิสูจน์ถึงความก้าวหน้าที่เกิดขึ้นในการประมวลผลควอนตัม และยิ่งไปกว่านั้น ยังเน้นย้ำถึงความสามารถในการรับมือกับความยากลำบากที่เคยคิดว่าเป็นไปไม่ได้มาก่อน

คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำลายอัลกอริธึมการเข้ารหัสในทางทฤษฎีได้อย่างไร

คอมพิวเตอร์ควอนตัมซึ่งมีเทคนิคต่างๆ เช่น อัลกอริธึมของ Shor และ Grover อาจทำลายวิธีการเข้ารหัสแบบเดิมๆ ได้ด้วยการแก้ปัญหาที่ซับซ้อนในอัตราเลขชี้กำลัง

การถือกำเนิดของคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีศักยภาพ เช่น ‘Willow’ ได้จุดประกายการถกเถียงเกี่ยวกับผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นกับความปลอดภัยของการเข้ารหัส โดย ‘ชิป Willow’ ทำให้เกิดคำถามโดยเฉพาะเกี่ยวกับอิทธิพลของมันที่มีต่อสกุลเงินดิจิทัล เช่น Bitcoin และระบบบล็อกเชนอื่น ๆ ระบบเหล่านี้ขึ้นอยู่กับอัลกอริธึมการเข้ารหัสที่ออกแบบมาเพื่อต้านทานภัยคุกคามแบบเดิมๆ เป็นหลัก อย่างไรก็ตาม การเพิ่มขึ้นของการประมวลผลควอนตัมได้จุดประกายความกังวลเกี่ยวกับผลที่ตามมาที่อาจเกิดขึ้นต่อความปลอดภัยของการเข้ารหัส

ความสำคัญของกุญแจสาธารณะและกุญแจส่วนตัวต่อความปลอดภัยของ Bitcoin

ความปลอดภัยของ Bitcoin สร้างขึ้นบน Elliptic Curve Cryptography (ECC) โดยเฉพาะ Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) ซึ่งทำให้เกิดข้อกังวลในบริบทของชิปควอนตัมกับความปลอดภัยของ Bitcoin ความสัมพันธ์ระหว่างกุญแจสาธารณะและกุญแจส่วนตัวเป็นสิ่งสำคัญ:

• รหัสสาธารณะ: แชร์อย่างเปิดเผยเป็นที่อยู่สำหรับรับ Bitcoin (BTC)
• คีย์ส่วนตัว: เก็บเป็นความลับและใช้ในการลงนามในธุรกรรม พิสูจน์ความเป็นเจ้าของ และอนุมัติการเคลื่อนไหวของเงินทุน

หลักฐานด้านความปลอดภัยที่อยู่เบื้องหลัง ECDSA อยู่ที่ปัญหาลอการิทึมแบบไม่ต่อเนื่องของเส้นโค้งรูปไข่ (ECDLP) ซึ่งเป็นไปไม่ได้ในการคำนวณสำหรับคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกที่จะแก้ปัญหา หากไม่มีการเข้าถึงคีย์ส่วนตัวของผู้ใช้ การปลอมลายเซ็นที่ถูกต้องหรือการเข้าถึงเงินทุนจะแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย

อัลกอริธึมควอนตัมคุกคามการเข้ารหัสอย่างไร

ในทางกลับกัน คอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจเป็นภัยคุกคามต่อโครงสร้างความปลอดภัยในปัจจุบันของเรา อัลกอริธึมควอนตัมที่สำคัญสองประการเน้นย้ำถึงอันตรายเหล่านี้

• อัลกอริทึมของ Shor: สามารถทำลายระบบการเข้ารหัสเช่น ECC ได้ด้วยการแก้ปัญหาอย่างรวดเร็ว เช่น การแยกตัวประกอบจำนวนเต็ม ทำให้สามารถรับคีย์ส่วนตัวจากคีย์สาธารณะได้
• อัลกอริทึมของ Grover: จัดเตรียมการเร่งความเร็วกำลังสองสำหรับฟังก์ชันแฮชแบบบังคับเดรัจฉาน ในกรณีของ Bitcoin สิ่งนี้จะลดความแข็งแกร่งที่มีประสิทธิผลของ SHA-256 (ใช้ในฉันทามติในการพิสูจน์การทำงาน) จาก 256 บิตเป็น 128 บิต แม้ว่าสิ่งนี้จะยังคงปลอดภัยตามมาตรฐานปัจจุบัน แต่ก็เน้นย้ำถึงช่องโหว่ที่อาจเกิดขึ้นในระบบอื่นที่มีฟังก์ชันแฮชที่อ่อนแอกว่า 

พลังงานควอนตัมที่จำเป็นในการทำลาย Bitcoin

ในฐานะนักวิจัยที่เจาะลึกอาณาจักรของสกุลเงินดิจิทัล ฉันต้องแสดงให้เห็นว่าการละเมิดอุปสรรคการเข้ารหัสที่แข็งแกร่งของ Bitcoin ยังคงเกินกว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมเช่น Willow ในปัจจุบัน ตามที่แนะนำโดยการศึกษาที่ตีพิมพ์ใน Ledger Journal ที่นับถือ

• คิวบิตเชิงตรรกะที่จำเป็นต้องมี: คิวบิตลอจิคัลที่ทนทานต่อข้อผิดพลาดอย่างน้อย 1,500–3,000 ตัวจะต้องใช้ในการรันอัลกอริทึมของ Shor อย่างมีประสิทธิภาพ
• คิวบิตจริงที่ต้องการ: เมื่อพิจารณาจากอัตราข้อผิดพลาดในปัจจุบัน ซึ่งแปลงเป็นคิวบิตจริงนับสิบล้าน ซึ่งถือเป็นการแก้ไขข้อผิดพลาด

As Alan Watts highlights, today’s systems are still in the “noisy intermediate-scale quantum” (NISQ) phase — a term introduced by American theoretical physicist John Preskill — where errors and instability restrict their practical applications.

กลไกการป้องกันในปัจจุบันของ Bitcoin

ความปลอดภัยของ Bitcoin ขึ้นอยู่กับเทคนิคการเข้ารหัสที่ซับซ้อนซึ่งยากต่อการถอดรหัสด้วยวิธีดั้งเดิม ให้การป้องกันที่แข็งแกร่งสำหรับธุรกรรมทั้งหมดและความสมบูรณ์ของระบบบล็อกเชน

จากการสำรวจโครงสร้างการเข้ารหัสที่เป็นเอกลักษณ์ของ Bitcoin เราพบว่ามันเป็นหนึ่งในระบบกระจายอำนาจที่ปลอดภัยที่สุด การรักษาความปลอดภัยมีรากฐานมาจากอัลกอริธึมที่ซับซ้อนซึ่งแทบไม่สามารถถอดรหัสได้โดยใช้พลังการประมวลผลแบบเดิมๆ ขณะที่เราเจาะลึกถึงมาตรการป้องกัน ลองพิจารณาว่าชิปควอนตัม Willow ของ Google สามารถเลี่ยงการป้องกันเหล่านี้ได้หรือไม่

ECDSA และ SHA-256: หัวใจหลักของการรักษาความปลอดภัยของ Bitcoin

ดังที่กล่าวไปแล้ว ขั้นตอนการทำธุรกรรมของ Bitcoin อาศัย Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) ในการสร้างและยืนยันลายเซ็นดิจิทัล นอกจากนี้ กลไกฉันทามติ Proof-of-Work ของ Bitcoin ยังใช้ SHA-256 ซึ่งเป็นฟังก์ชันแฮชการเข้ารหัสชนิดหนึ่ง เพื่อปกป้องบล็อกเชน

• นักขุดไขปริศนาการคำนวณที่เกี่ยวข้องกับ SHA-256 เพื่อเพิ่มบล็อกใหม่ให้กับบล็อกเชน
• ฟังก์ชันแฮชได้รับการออกแบบให้ไม่สามารถย้อนกลับได้ ซึ่งหมายความว่าเป็นไปไม่ได้ในการคำนวณสำหรับข้อมูลอินพุตของวิศวกรย้อนกลับจากเอาต์พุตที่แฮช

Willow เป็นภัยคุกคามต่อ Bitcoin หรือไม่?

แม้ว่าชิปควอนตัม Willow ของ Google ซึ่งมี 105 คิวบิตและความก้าวหน้าที่โดดเด่นในการคำนวณควอนตัม ไม่ได้ก่อให้เกิดอันตรายในทันทีต่อรากฐานการเข้ารหัสของ Bitcoin ในขณะนี้ สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าการถอดรหัสการเข้ารหัส ECDSA หรือ SHA-256 ของ Bitcoin จะต้องใช้จำนวนมาก ของคิวบิตลอจิคัลที่ทนทานต่อข้อผิดพลาด (ตั้งแต่ 1,500 ถึง 3,000) ซึ่งเกินกว่าที่ Willow จะสามารถทำได้ ในปัจจุบัน ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ระบบควอนตัมในปัจจุบันขาดความสามารถในการขยายขนาดที่จำเป็นในการสร้างความท้าทายร้ายแรงต่อการป้องกันที่แข็งแกร่งของ Bitcoin

การเข้ารหัสหลายชั้นที่รวม ECDSA และ SHA-256 ทำให้ Bitcoin มีความทนทานสูงต่อเทคโนโลยีควอนตัมสมัยใหม่ ในขั้นตอนนี้ (NISQ) ข้อผิดพลาดและความไม่เสถียรของ Willow จะจำกัดการใช้งานจริง ทำให้เกิดช่องว่างชั่วคราวที่รักษาความปลอดภัยในปัจจุบันของการป้องกันการเข้ารหัสของ Bitcoin

การตอบสนองของชุมชน crypto และนักเข้ารหัสลับต่อความปลอดภัยของ Willow และ Bitcoin

เพื่อรับทราบถึงอันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากการคำนวณควอนตัม ภาคสกุลเงินดิจิทัลกำลังดำเนินการโดยเริ่มการศึกษาและสร้างวิธีการเข้ารหัสที่ปลอดภัยด้วยควอนตัม

ความพยายามอย่างต่อเนื่องในการเข้ารหัสหลังควอนตัม

สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา (NIST) เป็นหัวหอกในการพัฒนามาตรฐานที่เหมือนกันสำหรับวิธีการเข้ารหัสหลังควอนตัม (PQC) เทคนิคเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อต้านทานการโจมตีทั้งแบบดั้งเดิมและแบบควอนตัม ในปัจจุบัน ตัวเลือกสุดท้ายที่เป็นไปได้คือ:

• การเข้ารหัสแบบ Lattice: อัลกอริทึม เช่น CRYSTALS-Dilithium และ Kyber อาศัยโครงสร้าง Lattice ที่ยังคงปลอดภัยต่อการโจมตีควอนตัม
• ลายเซ็นแบบแฮช: สิ่งเหล่านี้ใช้แฮชที่เข้ารหัสซึ่งมีความทนทานต่ออัลกอริธึมควอนตัมเช่น Shor’s หรือ Grover’s มากกว่า

หลังจากการจัดตั้งขึ้น มาตรฐานเหล่านี้สามารถรวมเข้ากับ Bitcoin และเครือข่ายบล็อกเชนอื่น ๆ เพื่อเพิ่มความยืดหยุ่นด้านความปลอดภัยในระยะยาว

ข้อเสนอของ Vitalik Buterin สำหรับการรักษาความปลอดภัย Ethereum

Vitalik Buterin ซึ่งเป็นบุคคลสำคัญเบื้องหลัง Ethereum ได้พูดคุยบ่อยครั้งถึงความสำคัญของการเตรียมพร้อมสำหรับภัยคุกคามทางคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่อาจเกิดขึ้น ข้อเสนอแนะหลักบางประการของเขาประกอบด้วย:

• ลายเซ็น Lampport: รูปแบบลายเซ็นแบบครั้งเดียวที่ทนต่อควอนตัมซึ่งใช้งานง่าย แต่ต้องการพื้นที่เก็บข้อมูลขนาดใหญ่
• ความยืดหยุ่นในการเปลี่ยนแปลง: โครงสร้างโมดูลาร์ของ Ethereum ช่วยให้สามารถนำมาตรฐานการเข้ารหัสใหม่มาใช้ได้เร็วกว่า Bitcoin ตัวอย่างเช่น Ethereum สามารถรวมอัลกอริธึมหลังควอนตัมผ่านการอัปเดตกลไกที่เป็นเอกฉันท์

แนวทางเชิงรุกของ Buterin ถือเป็นพิมพ์เขียวสำหรับโครงการบล็อกเชนอื่นๆ

การวิจัยอุตสาหกรรมที่กว้างขึ้น

ผู้เชี่ยวชาญชั้นนำในด้านการเข้ารหัสและการวิจัยมีบทบาทสำคัญในการสร้างโซลูชันเทคโนโลยีที่ปลอดภัยควอนตัม

• Adam Back: ผู้บุกเบิกด้านการเข้ารหัสบล็อกเชน Back ได้เน้นย้ำถึงความสำคัญของการรวม PQC (การเข้ารหัสหลังควอนตัม) เข้ากับโปรโตคอลของ Bitcoin โดยไม่กระทบต่อธรรมชาติของการกระจายอำนาจ
• Bill Buchanan: งานของเขาในด้านการเข้ารหัสแบบ Lattice และระบบที่ปลอดภัย นำเสนอโซลูชั่นที่แข็งแกร่งสำหรับการต้านทานการโจมตีควอนตัม

โครงการริเริ่มบล็อกเชนหลายแห่งกำลังตรวจสอบระบบไฮบริด ซึ่งผสมผสานวิธีการเข้ารหัสแบบดั้งเดิมเข้ากับอัลกอริธึมที่ปลอดภัยด้วยควอนตัม สิ่งนี้ทำเพื่ออำนวยความสะดวกในการเปลี่ยนแปลงอย่างง่ายดายเมื่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมเริ่มมีประโยชน์ในทางปฏิบัติ

ความเสี่ยงคืออะไร: ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากความก้าวหน้าทางควอนตัม

ความก้าวหน้าในการคำนวณควอนตัมอาจเป็นภัยคุกคามต่อความปลอดภัยของบล็อกเชน ซึ่งอาจนำไปสู่การละเมิดกระเป๋าเงินดิจิทัลและตลาดที่ไม่เสถียร ในด้านบวก สิ่งนี้ยังสามารถเร่งความก้าวหน้าในการพัฒนาการป้องกันการเข้ารหัสที่แข็งแกร่งได้

การสำรวจการเติบโตของคอมพิวเตอร์ควอนตัมหมายความว่าเรายังเผชิญกับภัยคุกคามและผลประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นกับ Bitcoin และภาคส่วนสกุลเงินดิจิตอลทั้งหมด จำเป็นอย่างยิ่งที่ทุกฝ่ายที่เกี่ยวข้องจะต้องเข้าใจผลที่ตามมาเหล่านี้ เนื่องจากมีความสำคัญต่อกระบวนการตัดสินใจของเรา

ความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้น

กระเป๋าเงินที่ถูกบุกรุก:

• คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ปรับขนาดได้เต็มที่และทนทานต่อข้อผิดพลาดสามารถรับคีย์ส่วนตัวจากคีย์สาธารณะ ทำให้สามารถเข้าถึงกระเป๋าสตางค์โดยไม่ได้รับอนุญาต
• หากสิ่งนี้เกิดขึ้น เงินอาจถูกขโมย ซึ่งบ่อนทำลายความไว้วางใจในความปลอดภัยของ Bitcoin

ความไม่เสถียรของเครือข่าย:

• ความกลัวช่องโหว่ของควอนตัมอาจนำไปสู่ความตื่นตระหนกของตลาด ซึ่งส่งผลกระทบต่อราคาและการยอมรับของ Bitcoin
• ในอดีต แม้กระทั่งการรับรู้ถึงความเสี่ยงทางเทคนิค (เช่น การ forks หรือข้อบกพร่องของโปรโตคอล) ก็อาจทำให้เกิดความผันผวนอย่างมากในราคาของ Bitcoin

ฉันทามติล่าช้า:

• หากการโจมตีควอนตัมขัดขวางกลไก PoW ของ Bitcoin ก็อาจทำให้การตรวจสอบธุรกรรมหรือการแยกเครือข่ายช้าลง

การพัฒนาเชิงบวก

แม้ว่าจะมีความเสี่ยงอยู่มาก แต่ความพยายามแบบไดนามิกและความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการเข้ารหัสภายในภาคสกุลเงินดิจิทัลก็นำเสนอมุมมองในแง่ดี

• ไทม์ไลน์สนับสนุนการเข้ารหัสลับ: ผู้เชี่ยวชาญเห็นพ้องกันอย่างกว้างขวางว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เกี่ยวข้องกับการเข้ารหัสนั้นอยู่ห่างออกไปอย่างน้อย 10-20 ปี ทำให้ชุมชน crypto มีเวลาเหลือเฟือในการเปลี่ยนไปใช้มาตรฐานต่อต้านควอนตัม
• ความก้าวหน้าในการเข้ารหัส: อัลกอริธึมหลังควอนตัมไม่คงที่ แต่มีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว นักวิจัยมั่นใจว่าความก้าวหน้าของนวัตกรรมการเข้ารหัสจะแซงหน้าความก้าวหน้าทางควอนตัม
• มาตรการรักษาความปลอดภัยที่แข็งแกร่งขึ้น: การรวม PQC เข้ากับระบบบล็อกเชนสามารถทำให้พวกเขาปลอดภัยมากขึ้นจากภัยคุกคามทั้งควอนตัมและแบบดั้งเดิม การจัดการกับภัยคุกคามควอนตัมการรักษาความปลอดภัยของ Bitcoin และเสริมสร้างความไว้วางใจในด้านการเงินที่มีการกระจายอำนาจ

เสถียรภาพและโอกาสของตลาด

• การวางแผนการเปลี่ยนแปลง: โครงการที่สรุปกลยุทธ์การเปลี่ยนแปลงควอนตัมอย่างโปร่งใสอาจดึงดูดความเชื่อมั่นของนักลงทุนได้มากขึ้น
• ตัวเร่งปฏิกิริยาด้านนวัตกรรม: ความก้าวหน้าทางควอนตัมสามารถขับเคลื่อนนวัตกรรมบล็อกเชนได้ เช่น กระเป๋าเงินที่ปลอดภัยด้วยควอนตัม และระบบกระจายอำนาจที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมสำหรับสภาพแวดล้อมหลังควอนตัม โดยจัดการกับผลกระทบของชิปควอนตัมต่อบล็อกเชน

ท้ายที่สุดแล้ว เนื่องจากคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานจริงยังมีเวลาเหลืออีกหลายปี ภาคการเข้ารหัสลับจึงมีเวลาในการปรับตัว ซึ่งนำไปสู่อนาคตที่มีการกระจายอำนาจที่แข็งแกร่งและปลอดภัยยิ่งขึ้น