Квантовый чип Google Willow подобрался ближе к старым биткоинам

Google Willow, экспериментальный квантовый чип от Google, научился готовить так называемые «магические состояния» почти в 40 раз точнее, чем раньше. Звучит как узкоспециальная новость для физиков, но за этой формулировкой скрывается очень конкретный вопрос - насколько ближе стал момент, когда квантовый компьютер сможет взломать старые биткоин-кошельки. Результат опубликован в журнале Science, и он касается той части проблемы, о которой обычно забывают в спорах про квантовую угрозу биткоину.

Что на самом деле показал Google Willow

Обычно дискуссия о квантовой опасности для криптовалют крутится вокруг одного вопроса - сколько кубитов нужно собрать в одну машину, чтобы взломать криптографию. Но мало кто обсуждает, сколько ресурсов этой машины уйдет просто на то, чтобы подготовиться к вычислениям. Именно эту часть задачи и проверяли инженеры Google Willow.

В эксперименте чип добился точности около 99,99% среди состояний, прошедших проверку. Проблема в том, что успешными оказались лишь около 8% попыток подготовки - то есть из каждой сотни заходов годными получались примерно восемь. Масштабировать этот процесс до промышленных объемов пока не удалось, и исследователи прямо говорят, что впереди еще много инженерной работы.

Результат не делает атаку на биткоин в 40 раз дешевле, но продвигает инженерный метод, который может помочь будущим квантовым компьютерам поддерживать необходимый темп генерации надежных состояний.

Магические состояния: топливо, без которого атака не поедет

Чтобы понять, зачем вообще нужны эти «магические состояния», полезно вспомнить, как устроен квантовый компьютер. Информация в нем хранится в кубитах, которые крайне чувствительны к помехам - теплу, вибрации, случайным сигналам. Чем больше кубитов, тем больше шансов на ошибку, поэтому физические кубиты объединяют в группы, которые сами себя проверяют и исправляют. Такая группа ведет себя как один надежный «логический» кубит.

Но даже логическим кубитам нужно «топливо» для выполнения определенных операций - и этим топливом как раз выступают магические состояния. Каждое из них расходуется сразу после использования, поэтому машина должна производить их непрерывно на протяжении всего вычисления. Представьте кухню ресторана, где для каждого блюда нужна свежая порция соуса, который нельзя использовать повторно - часть поваров постоянно варит соус, пока остальные готовят. В квантовом компьютере оборудование, занятое производством магических состояний, не может параллельно заниматься чем-то еще.

Метод Google Willow называется cultivation - сначала готовится грубая версия состояния, затем она проверяется на ошибки, а неудачные попытки просто отбрасываются. Цель - получать чистые состояния, используя меньше аппаратных ресурсов, чем требовали прежние подходы.

Почему старые биткоины в особой зоне риска

Биткоин-кошелек использует секретный ключ для подтверждения платежей и соответствующий публичный ключ, по которому сеть проверяет эти подтверждения. При трате средств публичный ключ обычно становится видимым, а некоторые старые форматы транзакций раскрывают его изначально.

Вычислить секретный ключ по публичному теоретически можно с помощью алгоритма Шора - математик Питер Шор опубликовал этот метод еще в 1994 году, но ни разу продемонстрировать его на практике не удалось просто потому, что подходящей по мощности квантовой машины пока не существует. Если бы такая машина появилась, тот, кто восстановил секретный ключ, смог бы подписывать транзакции от имени владельца, и сеть приняла бы их как подлинные.

Здесь важный нюанс - сейф или записанная на бумаге seed-фраза в этом сценарии не спасают, потому что злоумышленник работает не с физическим устройством владельца, а с данными, которые уже лежат в открытом виде в блокчейне. Некоторые более поздние форматы платежей прячут публичный ключ за хешем до момента траты, и атакующему пришлось бы ждать именно этого момента и действовать очень быстро. А вот самые старые монеты, намайненные на заре биткоина, часто имеют публичный ключ, открытый буквально с момента создания - и именно они интереснее всего потенциальному злоумышленнику.

Любопытно, что старые кошельки в последнее время как раз зашевелились. 7 октября с адреса, неактивного с июля 2010 года, перевели 100,02 BTC на сумму около $8,5 млн - монеты не трогали более 16 лет. А в августе ожили сразу шесть кошельков, молчавших с 2011-2014 годов, с которых ушло 553,59 BTC на тогдашние примерно $40 млн. Само по себе это не доказывает, что владельцы испугались именно квантовой угрозы - перевод монет может означать смену кошелька, реорганизацию активов или подготовку к продаже. Но совпадение по времени с ростом шума вокруг Google Willow заметили многие.

Как это соотносится с мартовской оценкой Google

Этот результат стоит рассматривать не отдельно, а в связке с более ранними выкладками самой же Google. Еще в марте компания оценивала, что будущий сверхпроводниковый квантовый компьютер с менее чем 500 000 физических кубитов мог бы взломать криптографию кошельков биткоина и эфириума при определенном наборе допущений о железе - подробнее об этом мы писали, когда разбирали, как квантовый чип Google напряг крипто-рынок.

В сентябре появились и другие исследования, сокращающие объем вычислений в одном из ключевых этапов такой атаки, но они касались лишь части проблемы, не затрагивая общую стоимость атаки целиком. Эти работы снижают объем математики, которую нужно проделать атакующему. Метод cultivation решает другую задачу - он снижает стоимость обеспечения машины «топливом» во время этой математики.

Важно понимать, что результаты нельзя просто перемножить между собой. Мартовская оценка Google уже предполагала эффективное производство магических состояний, поэтому новый эксперимент Google Willow проверяет лишь часть этого инженерного подхода, а не дает дополнительное сорокакратное удешевление атаки на биткоин. По расчетам из мартовской работы, для одной из смоделированных атак продолжительностью около девяти минут после раскрытия публичного ключа машине требовалось производить примерно 500 000 надежных магических состояний в секунду - именно этот показатель и пытается улучшить технология, продемонстрированная на Google Willow.

Что это значит для рынка и держателей биткоина

Прямой практической угрозы сегодня нет - квантовых компьютеров нужной мощности не существует, а разрыв между лабораторным экспериментом и реальной атакующей машиной остается огромным. Но сообщество разработчиков биткоина уже обсуждает переход на постквантовые схемы подписи, и чем быстрее прогресс в духе Google Willow, тем выше шансы, что эти изменения внедрят до того, как угроза станет реальной, а не после.

Для обычного держателя криптовалюты из этой истории вытекает практический вывод - риски, связанные с безопасностью цифровых активов, редко бывают однотипными. Квантовые вычисления - это угроза на годы вперед, а вот более приземленные истории случаются уже сейчас, вроде недавнего случая, когда мошенник сам лишился почти $5 млн в биткоинах из-за взломанного Ledger. Оба сюжета напоминают об одном - безопасность крипто-активов требует внимания на всех уровнях, от железа кошелька до криптографии, на которой построена вся сеть.

Пока же квантовая гонка выглядит как марафон, а не спринт. Google Willow сделал один конкретный шаг - показал, что можно производить магические состояния с гораздо меньшим количеством ошибок, чем раньше. Следующие шаги - масштабирование процесса и доведение доли успешных попыток выше нынешних 8%. До тех пор, пока эти цифры не изменятся на порядки, старые биткоин-кошельки могут спать относительно спокойно, но тема явно не уйдет с радаров ни разработчиков, ни тех, кто следит за курсом и безопасностью крупнейших криптовалют.

Автор

Barbados