Что такое квантовый блокчейн простыми словами

Изобретение квантовых компьютеров существенно ускорило выполнение множества математических задач. Из-за этого в перспективе традиционный блокчейн рискует стать ненадежным: сверхмощные машины смогут взламывать его. Для решения такой проблемы все чаще обсуждается внедрение квантовых технологий в децентрализованные платежные системы. Рассматривается и разработка новых механизмов для защиты от потенциальных угроз. Если изучить, что такое квантовый блокчейн простыми словами, можно лучше понять перспективы развития технологии и криптовалют в целом.

Отличия квантового компьютера от обычного

Традиционные компьютеры работают с битами. Это базовая единица измерения в информатике. К использующим биты устройствам относятся как бытовые компьютеры или смартфоны, так и передовые дата-центры, которые создают техногиганты вроде Google.

Бит — двоичная цифра. Он может принимать лишь два значения — 1 или 0 («включено» или «выключено»). В процессе своей работы ПК, смартфоны и другие устройства просто «переключают» эти значения по заранее заданным правилам.

Кубит в один и тот же момент имеет значения «включено» и «выключено», а также что-то среднее между ними. Пример такой позиции — подброшенная в воздух монета. Пока она падает, она может упасть на любую из сторон или на ребро.

Еще одна значимая особенность квантовых технологий (далее по тексту — КТ) — запутанность. Ее суть заключается во взаимосвязи между кубитами: если измерить один из них, второй тоже сразу примет какое-то значение. При этом без разницы, насколько велико расстояние между ними.

За счет этой взаимосвязи квантовые компьютеры способны параллельно тестировать миллиарды решений для одной и той же задачи. Они работают намного быстрее, чем традиционные устройства. Процессы, на которые обычным компьютерам требуются годы, квантовые могут выполнить в течение нескольких минут.

Например, подбор очень длинного пароля. Стандартная вычислительная техника подбирает различные комбинации последовательно. Квантовые технологии позволяют обработать все возможные сочетания символов одновременно.

Монета

Цена

24 ч %

Объем за 24 ч

Min/Max за 24 ч

Капитализация

Объем, 7д

Изменения за 7 дней

1

BTC

Bitcoin BTC

88 873,00 1,10

5.0

32

Действия

Оценка

5.0

Отзывы

32

Цена

88 873,00 1,10

1,10

Объем за 24 ч

43,94 млрд 494 398,03

Min/Max за 24 ч

87 315,00 89 394,00

Капитализация

1,78 трлн 19,98 млн

Изменения за 7 дней

Действия

Обзор

2

ETH

Ethereum ETH

2990,47 2,79

4.9

19

Действия

Оценка

4.9

Отзывы

19

Цена

2990,47 2,79

2,79

Объем за 24 ч

28,26 млрд 317 927,76

Min/Max за 24 ч

2899,35 3028,05

Капитализация

360,68 млрд 4,06 млн

Изменения за 7 дней

Действия

Обзор

3

USDT

Tether USDT

0,99864 0,01

4.9

20

Действия

Оценка

4.9

Отзывы

20

Цена

0,99864 0,01

0,01

Объем за 24 ч

78,27 млрд 880 655,73

Min/Max за 24 ч

0,99853 0,99989

Капитализация

186,20 млрд 2,10 млн

Изменения за 7 дней

Действия

Обзор

4

XRP

Ripple XRP

1,91 1,39

4.8

19

Действия

Оценка

4.8

Отзывы

19

Цена

1,91 1,39

1,39

Объем за 24 ч

2,29 млрд 25 769,54

Min/Max за 24 ч

1,87 1,92

Капитализация

116,03 млрд 1,31 млн

Изменения за 7 дней

Действия

Обзор

5

BNB

Binance Coin BNB

902,81 2,39

4.8

5

Действия

Оценка

4.8

Отзывы

5

Цена

902,81 2,39

2,39

Объем за 24 ч

1,36 млрд 15 321,78

Min/Max за 24 ч

875,95 903,46

Капитализация

123,10 млрд 1,39 млн

Изменения за 7 дней

Действия

Обзор

Что такое квантовые угрозы

Это риски, связанные с развитием квантовых вычислений и снижением уровня информационной безопасности. Квантовые компьютеры представляют угрозу для подписей (доказательств совершения операций) и хешей (математических отпечатков данных) в блокчейне.

Один из самых известных методов вычислений, который можно реализовывать при помощи таких устройств, — алгоритм Шора. Он позволяет быстро решать задачи, на которых основываются подписи транзакций в Bitcoin, Ethereum и других блокчейнах.

Мощные квантовые компьютеры смогут при помощи открытого ключа, который виден всем, определять секретный. Таким образом злоумышленники, например, получат возможность похищать криптовалюту с любых адресов.

Иные риски связаны с использованием алгоритма Гровера. Он ускоряет поиск коллизий, в результате снижается безопасность хеш-функций. Это позволяет влиять на целостность транзакций, а также нарушать порядок выстраивания данных в блокчейне.

Уязвимость адресов

В основе базовых механизмов безопасности блокчейна находится асимметричная криптография. Например, в Bitcoin есть открытый ключ, связанный с адресом и дающий право собственности на средства, которые на нем хранятся. Для подтверждения транзакций применяется закрытый ключ. С его помощью создается цифровая подпись.

Квантовые компьютеры при помощи алгоритма Шора способны взламывать асимметричную криптографию. Используя открытый ключ, они могут подобрать закрытый. Это позволит злоумышленникам подделывать транзакции и похищать средства из криптовалютных кошельков.

Доступ к публичному ключу

Адрес кошелька, как правило, генерируется из хеша (отпечатка) открытого ключа. Пока пользователь не тратит деньги, информация не попадает в блокчейн, в котором она становится публичной. За счет этого адрес и средства на нем остаются в относительной безопасности.

Однако даже одной транзакции достаточно, чтобы данные о кошельке попали в сеть и остались в ней навсегда. В результате адрес становится уязвимым. Используя его, квантовый компьютер может подобрать секретный ключ.

Читайте также

Модульные блокчейны — новая эпоха в криптоиндустрии

Традиционные блокчейны (Bitcoin, Ethereum) представляют собой монолитные системы, в которых...

Что такое сайдчейны в блокчейне биткоина

Технологию сайдчейн (боковую цепочку) предложила в 2014-м компания Blockstream. Так называют...

Развитие технологии блокчейн в России в 2026 году

Внедрение распределенных реестров меняет законодательство и экономику разных стран. Можно...

Когда происходит атака

Атака может произойти сразу после того, как публичный ключ появился в блокчейне. Большинство старых биткоин-адресов уже совершали транзакции, поэтому они уязвимы для квантовых угроз.

Для манипулирования подписями транзакций необходимы тысячи функционирующих кубитов. Существующие квантовые компьютеры пока работают только с сотнями, при этом выдавая множество ошибок.

Также стоит учитывать сложность и дороговизну техники, из-за которых доступ к ней имеют преимущественно ученые из крупных стран. Приобрести или создать КК самостоятельно злоумышленники не смогут на протяжении еще многих лет.

Защита от квантовых угроз

Крупные технологические организации уже работают над защитой от атак с применением квантовых компьютеров. Среди таких учреждений — Национальный институт стандартов и технологий США (NIST). Есть несколько подходов к защите от квантовых угроз. Подробности — в таблице.

Усложнение шифрования и разработка новых алгоритмов

NIST разрабатывает продвинутые алгоритмы шифрования и привлекает к этому ученых со всего мира. В основе технологий находятся сложные математические задачи, затруднительные даже для квантовых компьютеров. Среди перспективных решений выделяются:

• ML-KEM (для шифрования ключей).
• ML-DSA и SLH-DSA (для подписей).

Один из ключевых механизмов, делающих шифрование сложнее, — одноразовые криптографические подписи. Есть несколько методов его реализации. Из наиболее востребованных выделяются подходы Лэмпорта и Винтерница.

Одноразовая подпись Лэмпорта

Один из первых методов продвинутой криптографической защиты, разработанный в 1979 году. Для подтверждения каждого сообщения или транзакции создается уникальная подпись. За счет этого невозможно скомпрометировать приватный ключ. Общий принцип работы следующий:

1. При каждой операции создаются парные закрытые ключи.
2. Из них при помощи хеш-функции формируются соответствующие сочетания открытых ключей. Число пар зависит от количества битов в первоначальном сообщении.
3. Во время подписи каждая единица информации считывается. В зависимости от ее значения из соответствующей пары ключей выбирается один.
4. Из полученных данных формируется подпись. Она отправляется адресату вместе с парами открытых ключей.

Хеш-функция в таком случае выполняет одностороннее преобразование данных. В результате подобрать аналогичное значение хеша методом подбора становится невозможно. Среди недостатков этого подхода — большой размер подписи, из-за которого повышается нагрузка на квантовый блокчейн. Также необходимо каждый раз генерировать новые данные для транзакции.

Одноразовая подпись Винтерница

Позиционируется как улучшенная версия концепции Лэмпорта. Основное отличие — сообщение подписывается блочно, а не побитово. Закрытый ключ состоит из 32 случайных 256-битных чисел. Каждый его элемент хешируется 256 раз, за счет чего образуется открытый ключ.

Сообщение тоже проходит преобразование, после которого делится на 32 фрагмента по 8 битов каждый. Для получившихся частей хешируются соответствующие элементы закрытого ключа.

Преимущество методики Винтерица заключается в меньшем размере цифровой подписи и ключа. Нагрузка на блокчейн снижается, а обмен данными посредством него ускоряется.

Зависимость между открытыми и закрытыми ключами

Математические зависимости между открытыми и закрытыми ключами можно использовать для взлома блокчейна при помощи квантовых компьютеров. Задача новых алгоритмов с усложненным шифрованием — эффективно скрывать взаимосвязь между криптографическими кодами.

5 главных принципов блокчейна

Пройди опрос и получи в подарок скидку на торговую комиссию и книгу о криптовалюте

Пройти опрос

Однако если каждый раз генерировать новые коды, возникают неудобства, транзакции занимают больше времени. В качестве решения этой проблемы можно использовать дерево Меркла и его улучшенные версии.

Дерево Меркла обычное и расширенное

Дерево Меркла можно сравнить с семейным древом, но вместо сведений о людях в нем находятся хеши. Это структура, в листовых вершинах которой находятся коды транзакций. Они объединяются в пучки парных хешей, а затем — в корень, содержащий все сообщения из блока.

Обычное дерево Меркла — бинарный вариант, в котором на каждый родительский код приходится два наследственных. Оно строится от листьев к корню до тех пор, пока все идентификаторы транзакций не преобразуются в единый хеш.

Расширенный вариант отличается тем, что значение каждого узла зависит еще и от соединений с остальными элементами структуры. Оно динамическое и может корректироваться без пересчета всех хешей в дереве.

В таком случае каждый лист — это одноразовая подпись (Лэмпорта, Витерница или другая), а корень дерева — основной публичный ключ. Появляется возможность подписывать множество транзакций одним мастер-кодом.

Гипердеревья

Это структуры из нескольких деревьев Меркла, которые выходят одно из другого. Нижние подписывают средние, а те, в свою очередь, верхние. Такая структура позволяет создать практически бесконечное количество подписей без необходимости генерировать огромный ключ.

Квантово-устойчивый блокчейн

К квантово-устойчивым относятся блокчейны, которые изначально или в результате обновления поддерживают новые алгоритмы шифрования с повышенным уровнем защиты. К таким цепочкам блоков относятся:

• Quantum Resistant Ledger (QRL). Функционирует с 2018 года и считается одним из старейших. Применяет технологию XMSS. В разработке находится версия 2.0, которая поддерживает смарт-контракты.
• Abelian (QDay). Устойчивое к квантовым атакам решение Layer 2, совместимое с Ethereum.
• QANplatform. Основан на ML-DSA, поддерживает смарт-контракты на различных языках программирования.

Использование квантовых компьютеров для защиты информации

Концепции использования КТ для защиты данных уже разрабатываются. Ключевое направление деятельности современных ученых — создание и стандартизация PQC. Это подход к криптографии, подразумевающий, что шифры и подписи должны основываться на математических задачах, сложных даже для квантовых алгоритмов.

Что такое квантовый блокчейн

Блокчейны с КТ призваны обезопасить классические децентрализованные технологии от появления сверхмощных компьютеров. В их основе находятся QKD и принцип квантовой запутанности.

Создатель и дата возникновения

Ученые из Российского квантового центра под руководством Алексея Федорова описали и протестировали технологию в 2017 году. В 2018-м начал работать Quantum Resistant Ledger (QRL). Он считается первым полноценно функционирующим квантово-устойчивым блокчейном.

Основные характеристики и принципы работы

Использование квантовых технологий намного улучшает характеристики традиционных блокчейнов. Они основаны на нескольких ключевых принципах:

• Квантовое распределение ключей (QKD). Подразумевает оптоволоконную передачу данных при помощи фотонов. Любое стороннее вмешательство в таком случае сразу обнаруживается и позволяет предпринять защитные меры.
• Квантовая запутанность. Поддерживает взаимосвязь частиц на любых расстояниях. Механизм позволяет создавать секретные ключи и блоки, которые нельзя взломать или подделать без изменения состояния фотонов и моментального обнаружения нарушений.

Отличия от обычного блокчейна

Квантовые технологии улучшают традиционный блокчейн. Их внедрение дает несколько значимых функциональных особенностей:

• Повышенную безопасность. Традиционные математические уравнения заменяются квантовыми алгоритмами шифрования, которые невозможно взломать даже при помощи КК.
• Ускорение операций. Транзакции обрабатываются параллельно, а не поочередно, поэтому подтверждаются быстрее. Также повышается масштабируемость сети.
• Энергоэффективность. Квантовые вычисления — многозадачное решение. Однако им не требуется больше энергии, чем традиционным блокчейн-технологиям.

Текущее состояние и развитие

Квантовый блокчейн находится на стадии теоретического моделирования и небольших лабораторных экспериментов. Самые масштабные тесты проводились в системах всего с несколькими кубитами, которых недостаточно для создания крупной функционирующей среды.

Передовые алгоритмы шифрования с устойчивостью к КК уже внедряются в различные платформы, однако в остальном они работают по традиционным принципам. Среди ключевых препятствий для полноценного запуска:

• Ограниченная вычислительная мощность существующих квантовых компьютеров.
• Проблема интеграции КТ в существующие блокчейн-системы из-за необходимости пересматривать всю их инфраструктуру.
• Низкая эффективность современных устройств для работы с квантовыми частицами.

Но технология развивается и привлекает все больше внимания в мировом криптосообществе. Крупные компании работают над внедрением КТ в уже существующие блокчейны. Например, BTQ Technologies тестирует сеть Bitcoin Quantum с квантово-устойчивыми транзакциями.

Частые вопросы

Главный редактор

Крылов Влад журналист и эксперт крипторынка