Como a computação quântica afeta o Bitcoin?

O Bitcoin e a computação quântica representam hoje, sem dúvida, duas das tecnologias mais disruptivas da nossa era. E embora o Bitcoin tenha revolucionado o conceito de dinheiro digital e descentralizado, a computação quântica promete transformar a forma como processamos a informação, com profundas implicações para a criptografia e a segurança dos sistemas digitais. Daí a importância de conhecer e compreender como estas duas tecnologias interagem e transformam o nosso mundo, mas acima de tudo, conhecer e compreender o quão crucial é a computação quântica no futuro do Bitcoin, no futuro da criptografia em geral e na nossa segurança digital.

E a computação quântica, ramo da computação que utiliza a mecânica quântica (desenvolvida desde o início do século 20), para acelerar o processamento de dados a níveis nunca antes vistos, graças ao uso de qubits (uma forma de representação de dados modelada em uma mecânica quântica). sistema) em vez dos bits tradicionais, tem o potencial de resolver problemas complexos muito mais rápido do que os computadores clássicos.

Uma situação que apresenta oportunidades e desafios para o Bitcoin e para o nosso mundo digital em geral. Pois, por um lado, a computação quântica poderia melhorar todo o nosso conhecimento do Universo e da dinâmica das coisas, incluindo os sistemas criptográficos, e ao mesmo tempo, nos dá a chave para quebrar tudo o que construímos até hoje. Dito de forma mais direta: a computação quântica pode levar-nos a uma revolução computacional como nunca antes vista, mas ao mesmo tempo torna-se uma ameaça de primeiro nível à computação atual. Uma ameaça que pode destruir todo o nosso mundo digital, incluindo o próprio Bitcoin.

Mas como isso é possível? Por que a computação quântica é uma ameaça tão grande para o Bitcoin? Existe uma maneira de evitar isso? Essas e outras perguntas serão respondidas neste artigo onde você aprenderá como a computação quântica afeta o Bitcoin.

Bitcoin e criptografia: a base da sua segurança

Antes de começar a responder às perguntas anteriores, vamos esclarecer algumas coisas. Primeiro, lembre-se de que o Bitcoin usa uma combinação de algoritmos criptográficos para garantir a integridade e segurança de suas transações. Nesse sentido, os dois algoritmos mais importantes são SHA-256 y ECDSA. Já falamos muito sobre ambos os algoritmos aqui na Bit2Me Academy, convidamos você a ler os artigos que desenvolvemos explicando ambos para que você tenha um conhecimento mais claro e amplo sobre eles.

Mas, em qualquer caso, a explicação mais simples para ambos os conceitos é:

SHA-256 ou algoritmo de hash seguro de 256 bits

Este é um algoritmo de hash usado para minerar blocos e gerar endereços Bitcoin. A tarefa básica deste algoritmo é converter qualquer entrada em uma string alfanumérica de 256 bits, o que garante que cada transação e bloco na blockchain Bitcoin seja único e não possa ser alterado sem alterar o hash resultante. Os hashes funcionam de uma forma única, ou seja, uma vez que o conteúdo é hash, é impossível saber o texto original. Por exemplo, observe a sequência a seguir e tente descobrir a mensagem com hash original:

39cdd9aeaf7888b295a46f2d151ba800f02e22a310444dc22801bb9b4ea05a49

Difícil, certo? Bem, a ideia é essa, que o que foi hash não pode ser facilmente “decifrado” a ponto de chegarmos à mensagem original. Portanto, utilizamos hashes como forma de reconhecer os dados de forma única, pois outra característica dos hashes é que eles sempre resultarão no mesmo hash, desde que os dados inseridos sejam os mesmos.

Isto é importante porque o SHA-256 é amplamente utilizado para manter a segurança do computador. Por exemplo, um certificado SSL de um site sempre possui um hash SHA-256 (ou superior, por exemplo, SHA-512) para que qualquer pessoa que leia os dados do certificado possa verificar se o hash está correto e que, portanto, estamos lidando com um original e certificado não adulterado. É um meio de verificação de dados muito poderoso, que também pode ser usado para outras coisas dependendo dos algoritmos que usamos. No Bitcoin, por exemplo, nós o utilizamos para identificar blocos de forma única, permitindo-nos identificá-los de forma inequívoca e detectar se estamos lidando com um bloco original ou manipulado.

Agora você quer saber o que a mensagem hash anterior salva? Continue lendo, mais tarde mostraremos qual é a mensagem “secreta”.

ECDSA (Algoritmo de Assinatura Digital de Curva Elíptica)

O segundo algoritmo que faz parte da segurança do Bitcoin é o algoritmo de assinatura ECDSA. Isto é usado para a geração e verificação de assinaturas digitais. Ou seja, estamos perante um algoritmo que permite aos utilizadores de Bitcoin assinar transações de forma segura, garantindo que apenas o proprietário da chave privada correspondente pode autorizar uma transação.

No Bitcoin, por exemplo, cada endereço Bitcoin (ex: 31s2uanwVDXWkHxpgzhBMKUcQetchTUFzL) origina-se de uma chave privada ECDSA. Chamamos isso de privado, porque essa chave só é conhecida (e só deveria ser conhecida) pelo proprietário e criador daquele endereço. Esta chave privada serve para desbloquear o uso do BTC que está dentro desse endereço, portanto conhecer ou controlar a chave privada permite que qualquer pessoa gaste o BTC associado a esse endereço.

Mas a ECDSA não só tem uma chave privada, como também tem uma chave pública. Esta é uma chave que podemos compartilhar com segurança com outras pessoas, para que outras pessoas possam nos enviar dados criptografados (usando a chave pública que fornecemos). Pense nesta chave pública como um envelope onde você pode colocar dados e, depois de lacrado o envelope, os dados que você colocou são criptografados de forma que ninguém mais possa lê-los. Dessa forma, só você conhece os dados e mensagens inseridos, e o proprietário/gerador dessa chave pública poderá desbloquear a mensagem fornecendo a chave privada correspondente. Do resto, não importa o que você faça, você nunca conhecerá a mensagem.

Exatamente o que acontece com um endereço Bitcoin e a carteira que o controla. A carteira é o software que nos permite gerar a chave privada ECDSA e as (infinitas) chaves públicas derivadas dessa chave privada. Desta forma você pode compartilhar suas chaves privadas ou endereços Bitcoin (que são hash com SHA-256) sem preocupações, ninguém pode tirar seu BTC de você, pois só você tem a chave privada em sua carteira. Agora você entende a importância de proteger as carteiras de criptomoedas e também como o ECDSA e o SHA-256 nos ajudam a proteger o Bitcoin.

A segurança nunca é perfeita

Contudo, a segurança deste duplo sistema tem um ponto fraco. O ECDSA funciona porque em seu projeto utilizamos matemática muito avançada utilizando curvas elípticas associadas ao problema do logaritmo discreto.

Simplificando, o ECDSA é seguro porque o problema matemático é muito complexo. Pois se usarmos o problema com dados conhecidos, geramos a resposta muito rapidamente. Mas decompor a resposta obtida para conhecer os dados iniciais é “impossível”. E dizemos que é “impossível”, porque mesmo utilizando todos os computadores e supercomputadores do mundo, demoraria entre milhares de anos a milhões de anos para encontrar a resposta correta. Em suma, a computação que utilizamos hoje não pode oferecer-nos uma resposta num período de tempo humanamente alcançável.

No entanto, é aqui que está o truque: a computação binária atual não pode, mas a computação quântica pode. E isso é possível graças a: Ataque de Shor um dos algoritmos quânticos mais conhecidos que podem colocar em risco a segurança do Bitcoin. Desenvolvido pelo matemático Peter Shor em 1994, esse algoritmo pode fatorar grandes números e resolver o problema do logaritmo discreto em tempo polinomial, tornando-o capaz de quebrar algoritmos criptográficos como o ECDSA. Isto significa que um computador quântico suficientemente avançado poderia derivar chaves privadas de chaves públicas, comprometendo a segurança das transações Bitcoin.

Quão rápido? Bem, os dados mais recentes sobre este tema indicam que um computador quântico com 13 milhões de qubits pode quebrar um endereço Bitcoin público (tipo P2PK) em 24 horas. Sim, é muito, mas lembre-se de que passamos de milhões de anos com a computação binária para apenas 24 horas com a computação quântica. Do inatingível ao alcançável num dia, uma mudança sem precedentes.

Bitcoin não é o único em perigo

No entanto, o problema do Bitcoin pareceria uma brincadeira de criança se entendêssemos o problema em toda a sua magnitude. Porque? Por que o ECDSA não é usado apenas pelo Bitcoin, praticamente todas as comunicações atuais que você faz pela Internet usam o ECDSA como base para criar um canal de comunicação seguro. Por exemplo, você se conecta ao seu banco on-line e, para isso, usa um certificado SSL que criptografa a conexão entre o seu computador e o banco. Assim, ninguém consegue ler os dados que o banco lhe envia dos seus servidores, pode ficar tranquilo, as suas informações são totalmente privadas, entre o banco e o seu PC.

Mas com um computador quântico, um hacker levaria apenas 24 horas (ou menos) para quebrar o certificado do banco e, a partir de então, seria capaz de ouvir qualquer comunicação que o banco fizesse com seus clientes pela Internet. Seus dados bancários ficariam à mercê de hackers e ninguém notaria até que fosse tarde demais. Se isso já fosse suficientemente mau, expanda o problema: toda a comunicação digital ficaria comprometida, nada seria seguro. Agora você entende o verdadeiro e real perigo da computação quântica, não apenas para o Bitcoin, mas para toda a nossa vida digital.

Onde estamos agora com a computação quântica?

Sabendo de tudo isso agora você pode estar se perguntando Onde estamos com a computação quântica e sua ameaça ao Bitcoin? Certamente você já ouviu falar muito sobre o novo chip quântico do Google: Willow.

O Google Willow é sem dúvida um grande avanço, mas não pelos motivos que são vistos em muitos meios de comunicação que divulgaram a notícia. E é isso, O verdadeiro avanço do Google Willow está relacionado ao tratamento da correção quântica de erros (QEC) dentro do chip.

QEC é um problema complexo, que faz com que os pesquisadores trabalhem há muito tempo para resolvê-los, já que os erros na computação binária são problemáticos, mas corrigíveis, na verdade, somos muito bons nisso. Mas, na computação quântica, um erro é uma dor de cabeça completa. Um erro em um computador quântico pode significar uma cascata de erros que aumentam logaritmicamente, o que invalida qualquer cálculo realizado neles.

Na verdade, foi somente em 1996 que foi projetado um dos primeiros sistemas QEC bons o suficiente para permitir a computação quântica funcional. O trabalho foi realizado por Robert Calderbank, Peter Shor e Andrew Steane, recebendo o nome CSS (após as iniciais de seus criadores). O CSS e suas respectivas evoluções têm sido a base de muitos computadores quânticos atuais, mas uma margem de erros de até 30% e com possibilidade de aumentar conforme o computador funcione por mais tempo ou tenha mais qubits, é inaceitável e limita a evolução do. sistema.

O trabalho do Google no Willow muda isso radicalmente e reduz as margens de erro, mas não só isso, mas à medida que mais qubits são adicionados ao sistema, a correção de erros melhora e a taxa de falhas é reduzida ainda mais. Resultado? Willow com seus 105 qubits tem uma margem de erro de 0,143% por ciclo de computação. Isso permitiu que o Google mantivesse o Willow funcionando continuamente por quase uma hora, sem travamentos graves. Vamos comparar, Willow pode funcionar por uma hora contínua, enquanto Sicômoro (a versão pré-Willow) só podia funcionar por no máximo 10 minutos contínuos sem travar.

Este é o estado atual da computação quântica atual, sem, claro, outros problemas e desafios técnicos associados. E mesmo com Willow, ainda há um longo caminho a percorrer para colocar o Bitcoin e o nosso mundo digital em risco real.

Impacto potencial da computação quântica no Bitcoin

Apesar disso, neste ponto fica claro que a possibilidade certa de um computador quântico quebrar as chaves privadas do Bitcoin representa sérios riscos à segurança da criptomoeda e de seus usuários. Se as chaves privadas forem comprometidas, os fundos associados a essas chaves poderão ser roubados, o que poderá levar a uma enorme perda de confiança no sistema. Afinal, a segurança do Bitcoin é baseada na confiança dos usuários na santidade de suas transações. Se os utilizadores começarem a duvidar da segurança dos seus fundos devido à ameaça quântica, isso poderá levar a uma queda no preço do Bitcoin e a um declínio na sua adoção.

No entanto, nem tudo está perdido. E se nos lembrarmos da introdução deste artigo, falamos que o Bitcoin possui dois algoritmos que constituem a base da sua segurança: SHA-256 e ECDSA. Sabemos que o ECDSA é vulnerável à computação quântica, mas o SHA-256 é vulnerável? A resposta curta é: a computação quântica tem potencial para quebrar o SHA-256, mas o problema é muito mais complexo do que o ECDSA.

Na computação quântica é conhecido um algoritmo chamado: Algoritmo de Grover, criado por Lov Grover em 1996. Este algoritmo permite quebrar o SHA-256 com a computação quântica, mas sua aplicação é muito mais complexa que o algoritmo de Shor, a ponto de um computador com 13 milhões de qubits (o mesmo que poderia quebrar um endereço Bitcoin em 24 horas), poderia levar anos para encontrar a resposta correta.

Assim, encontrar a resposta para o hash 39cdd9aeaf7888b295a46f2d151ba800f02e22a310444dc22801bb9b4ea05a49 pode levar muito tempo para um computador quântico, o suficiente para tomar medidas que protejam o Bitcoin e seus usuários de forma mais eficaz. A propósito, a mensagem no hash é: «Cogito ergo sum – René Descartes«. Você pode tentar em um site de hash online e verifique se de fato essa é a frase original.

Mas a maior esperança para o Bitcoin e seus usuários reside em uma realidade que vemos o tempo todo: No Bitcoin, há muito tempo não usamos chaves públicas ECDSA puras para enviar transações entre si. Em vez disso, os endereços Bitcoin (ex: 31s2uanwVDXWkHxpgzhBMKUcQetchTUFzL) usam a chave pública ECDSA e depois a submetem a um processo de transformação que usa algoritmos como SHA-256 e Base58 para sintetizar e proteger a chave pública real. Ou seja, o endereço de exemplo, 31s2uanwVDXWkHxpgzhBMKUcQetchTUFzL, é uma simplificação protegida da chave pública ECDSA real, e parte dessa proteção é oferecida pelo SHA-256, que protege efetivamente o endereço contra ataques de computação quântica, ou pelo menos, o torna muito mais difícil de realizar.

Outras respostas possíveis à ameaça

O que foi dito acima já nos permite respirar com clareza: a computação quântica não é o fim do Bitcoin, pelo menos não por muito tempo. Mas mesmo com sua chegada e evolução, existem outras formas de nos proteger. Por exemplo, o Bitcoin pode ser atualizado para usar assinatura digital resistente à computação quântica e algoritmos de criptografia. Por exemplo, pode ser atualizado para usar sistemas zk-SNARKs ou zk-STARKs, que são mais resistentes. Você também pode usar tecnologias baseadas em rede (Lattice), como o Algoritmo de Assinatura Digital Baseado em Estrutura de Módulo (ML-DSA), que são resistentes à computação quântica. Outro exemplo é o Dilithium, sistema baseado em Lattice, que é considerado o primeiro sistema pós-quântico seguro, a ponto de fazer parte dos padrões de segurança dos Estados Unidos (NIST).

Então, para resumir, a computação quântica representa uma oportunidade e um desafio para o Bitcoin. Embora a ameaça quântica represente sérios riscos para a segurança do sistema, a comunidade Bitcoin está a tomar medidas para a mitigar através da investigação e implementação de novos algoritmos criptográficos. A capacidade do Bitcoin de se adaptar à ameaça quântica será crucial para o seu futuro e para a sua continuidade como moeda digital descentralizada. A resiliência e adaptabilidade do ecossistema Bitcoin face aos avanços tecnológicos demonstram o seu potencial para continuar a ser uma força disruptiva no mundo das finanças e da tecnologia.