Quantus-toimitusjohtaja: Kryptoteollisuus vaarassa jäädä ilman valmistautumisaikaa Q-Day-hetkeen

​Kvanttitietokoneet eivät vielä kykene murtamaan lohkoketjuja laajassa mittakaavassa, mutta kryptoteollisuudella saattaa olla vähemmän aikaa valmistautua kuin monet olettavat. Quantus-toimitusjohtaja Christopher Smith selittää, miksi digitaaliset allekirjoitukset olisivat ensimmäinen kohde, miksi Bitcoin kohtaa vaikeamman siirtymän kvanttiturvallisuuteen kuin muut lohkoketjut ja miten tekoäly voi nopeuttaa uhkaa. Traders Union -sivuston haastattelussa hän selittää myös, miksi hän uskoo, että jollakulla saattaa jo olla riittävän tehokas kvanttitietokone ja mitä voisi tapahtua, jos kryptoteollisuus ei onnistu suorittamaan siirtymää ajoissa.

Q-Day saattaa olla odotettua lähempänä

– IBM toi kvanttilaskennan laajemman yleisön ulottuville jo vuonna 2016. Miksi kvanttiturvallisuudesta on tullut näin kiireellinen aihe juuri nyt? Kuka on eniten vaarassa kvanttilaskennan edistyessä? 

– Kvanttiteknologia on ollut olemassa vuosikymmeniä. Atomikellot ja laserit ovat peräisin ajalta ennen 1970-lukua. Kvanttilaskennan teoreettinen perusta luotiin 1980-luvulla ja Shorin algoritmi (se, josta kaikki ovat huolissaan) keksittiin vuonna 1994. 

Kaikki puhuvat siitä yhtäkkiä 30 vuotta myöhemmin, koska kesti näin kauan kehittää kvanttilaskentaa pisteeseen, jossa se voisi realistisesti ajaa Shorin algoritmia. Ihmiset ovat huolissaan Shorin algoritmista, koska se voi ratkaista tehokkaasti tiettyjä matemaattisia ongelmia, joita pidettiin vaikeina. Nämä ongelmat muodostavat nykyaikaisen kryptografian perustan, joka suojaa monenlaista tietoa sotilassalaisuuksista ja verkkopankkitapahtumista useimpiin lohkoketjuihin.

Kun kvanttitietokoneet pystyvät ajamaan Shorin algoritmia, kaikkien näiden järjestelmien on päivitettävä kryptografiansa. Monet teknologiayritykset ovat jo aloittaneet siirtymisen kvanttiturvalliseen kryptografiaan. Valitettavasti lohkoketjut ovat vaikeimpia järjestelmiä päivittää. Kryptoteollisuudessa on uhattuna yli 2 BILJOONAA dollaria, jotka on siirrettävä kvanttiturvallisiin ratkaisuihin, eikä niitä ole tällä hetkellä paljoa saatavilla.

– Kuinka lähellä olemme kvanttitietokonetta, joka kykenee murtamaan nykyisten lohkoketjujen käyttämän kryptografian? Missä vaiheessa voimme sanoa, että uhasta on tullut käytännöllinen teoreettisen sijaan? 

– Tähän on vaikea vastata useista syistä. Ensimmäinen on se, että teknologinen kehitys ei ole lineaarista. Se tapahtuu pyrähdyksittäin. Se on arvaamatonta.

Toinen syy on se, että tekoäly nopeuttaa kaikkea, erityisesti kvanttiteknologiaa. Paras tapa nähdä tämä on tutkia osoitetta https://ecdsa.fail. Muutama kuukausi sitten Google kehitti paljon tehokkaamman version Shorin algoritmista, mutta Yhdysvaltain hallitus asetti heille vaikenemismääräyksen, koska se oli huolissaan Kiinan kaltaisista vastustajista, jotka voisivat käyttää sitä. Google julkaisi lopulta tutkimuksen, mutta paljastamatta algoritmin yksityiskohtia.

Muutamaa viikkoa myöhemmin EigenLabs-niminen kryptotiimi sanoi: "Katsotaanpa, mitä laatikossa on", ja loi avoimen alustan, jossa kuka tahansa voi käyttää tekoälyä parantaakseen parasta julkisesti tunnettua algoritmia. Avoimen lähdekoodin yhteisöltä kesti vain kolme päivää saavuttaa Googlen tulokset, ja seuraavan kuukauden aikana he lähes kaksinkertaistivat algoritmin suorituskyvyn. Pian sen jälkeen presidentti Donald Trump antoi asetuksen, joka lyhensi merkittävästi Yhdysvaltain valtion virastojen aikataulua siirtyä kvanttiturvalliseen kryptografiaan. Tämä osoittaa, että Yhdysvaltain hallitus aliarvioi dramaattisesti tekoälyn vaikutuksen kvanttilaskentaan.

Kolmas syy Q-Dayn ennustamisen vaikeuteen on kansallinen turvallisuus. Meidän on oletettava, että kvanttilaitteistolaboratoriot ovat myös vaikenemismääräysten alaisia ja käyttävät tekoälyä edistyksensä nopeuttamiseen. Koska lohkoketjujen siirtyminen kestää vuosia, meidän on otettava tämä uhka vakavasti välittömästi.

– Blockstreamin toimitusjohtaja Adam Back on väittänyt, että kvanttitietokoneet eivät todennäköisesti muodosta käytännön uhkaa Bitcoinille vielä 20–40 vuoteen, kun taas muut asiantuntijat uskovat, että siirtymän pitäisi alkaa nyt. Miksi mielipiteet eroavat niin suuresti, ja kumpi näkemys on mielestäsi vakuuttavampi?

– No, kaikki puhuvat aina omien etujensa puolesta, ja Bitcoinilla on vaikein siirtymäpolku kaikista lohkoketjuista sen (todennäköisesti) edesmenneen perustajan ja ”hajautetun” päätöksenteon vuoksi. Kvanttiskeptikot olisivat olleet oikeassa viimeiset 20 vuotta, joten se on looginen oletuspositio. Kuitenkin lähes kukaan ei ole nykyään samaa mieltä Adam Backin aikataulun kanssa. Scott Aaronson, Eli ben-Sasson, Vitalik Buterin, Five Eyes -tiedustelupalvelut, kansainväliset pankit, Google – heillä kaikilla on paljon lyhyemmät aikataulut. Henkilökohtainen kantani on, että jollakulla on jo kvanttitietokone ja he ovat huolissaan siitä, että joku muu saa sen ja käyttää sitä heitä vastaan.

Bitcoin kohtaa vaikeimman siirtymän

– Mitkä lohkoketjun elementit joutuvat todennäköisesti ensimmäisenä alttiiksi kvanttihyökkäyksille: digitaaliset allekirjoitukset, lompakot, konsensusmekanismit vai louhinta? 

– Digitaaliset allekirjoitukset ovat haavoittuva osa. Tämä kattaa transaktioiden valtuutuksen sekä lohkojen vahvistamisen proof-of-stake-järjestelmissä. Se kattaa myös ZK-SNARKS-tekniikan, jota tietosuojaketjut ja roll-upit käyttävät, mutta ei ZK-STARKS-tekniikkaa, joka on saman teknologian tiivisteisiin (hash) perustuva versio. Louhinta perustuu tiivisteisiin, mikä on paljon vähemmän haavoittuva kvanttihyökkäyksille. Nyrkkisääntö on ”tiivisteet hyviä, elliptiset käyrät huonoja”.

– Miksi olemassa olevan lohkoketjun päivittäminen kvanttiturvalliseksi on vaikeampaa kuin uuden kvanttiresistentin verkon rakentaminen tyhjästä?

– Vanhempia lohkoketjuja on vaikea päivittää, koska niistä puuttuvat ketjun sisäiset hallintojärjestelmät. Uudemmilla ketjuilla on yleensä mekanismeja päivityksen tekemiseen, mikä helpottaa siirtymää merkittävästi, mutta todellinen ongelma on migraatio. Signal, iMessage ja CloudFlare siirtyivät jo kvanttiturvallisuuteen eikä kukaan huomannut, koska insinöörit vain hoitivat sen ja nämä ovat keskitettyjä järjestelmiä, joten käyttäjien ei tarvinnut tehdä mitään. 

Lohkoketjujen tapauksessa käyttäjät hallitsevat omia avaimiaan, joten heidän on toimittava tullakseen kvanttiturvallisiksi, ja monilla ihmisillä ei ole helppoa pääsyä, tai pääsyä lainkaan, avaimiinsa, mikä lisää kitkaa. Meillä on tapana sanoa, että kvanttiaikaa edeltävillä lohkoketjuilla on migraatio-ongelma. Uusilla ketjuilla on adoptio-ongelma.

– BlackRock, Coinbase, Strategy ja useat muut yritykset ovat sitoutuneet 15 miljoonaan dollariin Bitcoinin turvallisuuden parantamiseksi, mukaan lukien valmistautuminen kvanttiuhkiin. Onko se merkittävä investointi, ja riittääkö se saamaan aikaan muutoksen? 

– Valitettavasti pullonkaula ei ole raha eikä tekniikka. Puolustusalgoritmit eli ”kvanttiturvallinen kryptografia” ovat jo olemassa ja niillä on hyvät toteutukset. Tekoäly tekee koodin päivittämisestä ja auditoinnista helppoa. Nämä asiat ovat ongelma: siirtyminen vanhoista avaimista uusiin. Se voi kestää Bitcoinilta 1–2 vuotta. Samaan aikaan Bitcoinilla on vain 7 transaktiota sekunnissa (TPS), mutta kvanttiturvallisen kryptografian avaimet ja allekirjoitukset ovat paljon suurempia, joten Bitcoinin TPS on putoamassa reilusti alle yhden. On selvää, että instituutiot haluavat Bitcoinin selviytyvän, mutta valitettavasti kryptoteollisuus laittoi kaiken peliin elliptisten käyrien puolesta.

Mitä kvanttiresistentti todella tarkoittaa

– Monet lohkoketjuprojektit kuvailevat itseään kvanttiresistenteiksi. Mitkä tekniset kriteerit verkon tulisi täyttää, jotta väitettä voidaan pitää uskottavana markkinoinnin sijaan? 

– Siinä ei saisi olla elliptisen käyrän allekirjoituksia missään, mutta varsinkaan ei konsensuksessa tai transaktioiden valtuutuksessa. Kvanttiturvallisen vaihtoehdon tarjoaminen käyttäjille, kuten Algorand ja NEAR tekevät, on hieno alku, mutta on hieman optimistista odottaa käyttäjien olevan proaktiivisia kryptografian kaltaisen esoteerisen aiheen suhteen. 

– Yksi Quantusin tuotteista on kryptovaluuttalompakko. Minkä erityisen ongelman se ratkaisee paremmin kuin nykyiset lompakot, ja miksi tavallisen kryptokäyttäjän pitäisi alkaa miettiä kvanttiturvallisuutta jo tänään?

– Monilla kryptolompakoilla on paineita puristaa käyttäjistään mahdollisimman paljon arvoa, mikä johtaa esimerkiksi vivutetun kaupankäynnin (uhkapelaamisen) tarjoamiseen meemikolikoilla. Tämä ei ainoastaan houkuttele tuhoon taloudellisesti vähemmän kokeneita käyttäjiä, vaan myös vesittää krypton alkuperäistä tehtävää ”paremmasta rahasta”. Quantus uskoo, ettei sinun tarvitse olla kyberturvallisuusasiantuntija suojataksesi kryptoasi, ja olemme luoneet erittäin nopean, turvallisen ja helppokäyttöisen kryptolompakon, joka keskittyy rahaan, ei uhkapelaamiseen.

– Kesäkuussa presidentti Donald Trump allekirjoitti asetuksia, joiden tavoitteena on edistää kvanttiteknologioita ja vahvistaa Yhdysvaltain suojaa kryptografisia hyökkäyksiä vastaan. Pitäisikö hallitusten koordinoida siirtymistä kvanttiturvalliseen kryptografiaan, vai pitäisikö teknologiayritysten ja avoimen lähdekoodin yhteisön johtaa sitä? 

– Sekä yksityinen että julkinen sektori ovat riippuvaisia kryptografiasta. Hallitusten, yritysten ja avoimen lähdekoodin yhteisön on kaikkien tehtävä osansa. Hallitukset ovat luonnollisesti varsin mukana kryptografian kehittämisessä sen sodankäyntiin liittyvän merkityksen vuoksi, mikä on johtanut aiemmin monenlaisiin ongelmiin, joissa vakoilujärjestöt ovat tarkoituksella ja salaa heikentäneet kryptografiaa. 

Yksi lohkoketjuteollisuuden suurista lahjoista oli kryptografian yksityinen rahoitus ja kehittäminen kaupalliseen käyttöön, mitä ei oikeastaan ollut olemassa aiemmin. NIST järjesti kahdeksanvuotisen kansainvälisen turnauksen kvanttiturvallisen kryptografian kehittämiseksi, mikä on melko hyvä prosessi vähentämään näiden algoritmien suunnitteluun kohdistuvan pahantahtoisen häirinnän riskiä. Yhteensä 278 kryptografia 25 maasta kuudelta mantereelta osallistui, mikä teki minkään yksittäisen osapuolen vaikuttamisen lopputulokseen erittäin vaikeaksi.

Samoin näiden algoritmien kaupallistaminen on erilainen haaste. Se vaatii käytännön toteutuspäätöksiä, joiden tekemiseen hallitukset eivät välttämättä ole parhaassa asemassa. Siksi hallituksilla, teknologiayrityksillä ja avoimen lähdekoodin yhteisöllä on kaikilla tärkeä rooli. 

Siirtymä ei voi odottaa

– Minkä järjestelmien tulisi siirtyä kvanttiturvalliseen kryptografiaan ensin, ja kuinka kiireellinen siirtymä on lohkoketjuille, pankeille, maksuverkostoille, laitteistolompakoille ja viestintäalustoille?

– En usko, että tätä pitäisi lähestyä vesiputousprosessina. Jokaisen toimialan tulisi aloittaa siirtyminen nyt, jos se ei ole jo tehnyt niin. Esimerkiksi lompakkopalveluntarjoajat eivät voi täysin aktivoida uusia allekirjoitusmalleja ennen kuin taustalla olevat lohkoketjut tukevat niitä, mikä lisää uuden monimutkaisuuskerroksen. Samaan aikaan ”kerää nyt, pura myöhemmin” -taktiikka muodostaa suuremman riskin pankeille ja hallituksille, koska useimmat lohkoketjut ovat suunnittelultaan läpinäkyviä.

Kiireellisyys kasvaa, koska lähestymme nopeasti pistettä, jossa siirtymän loppuun saattamiseen tarvittava aika voi ylittää Q-Day-hetkeen jäljellä olevan ajan. Kun näin tapahtuu, merkittävä määrä pääomaa voi poistua kryptoteollisuudesta kokonaan, kun taas osa siitä saattaa virrata kvanttiturvallisiin lohkoketjuihin, kuten Quantusiin.