¿Cómo aborda blockchain los desafíos de la computación cuántica?

La computación cuántica es una nueva forma de procesar datos y resolver problemas que utiliza los principios de la mecánica cuántica, a diferencia de la computación clásica. Hace diez años, en general se creía que era posible construir una computadora cuántica. Hoy, diez años después, en general se reconoce que la realización de una computadora cuántica ya no es una cuestión de si se puede realizar, sino una cuestión de de cuándo se realizará.

Actualmente, las características criptográficas de las cadenas de bloques se consideran seguras porque romperlas requiere recursos informáticos masivos, lo que está más allá del alcance de las computadoras convencionales. Sin embargo, una computadora cuántica podría romper este escudo criptográfico en cuestión de días. Aunque esta amenaza es teórica ahora, podría materializarse en aproximadamente una década.

Hoy, los países avanzados del mundo y sus gigantes tecnológicos están invirtiendo cada vez más en el campo de la computación cuántica, Amazon anunció que ha brindado servicios de computación cuántica en la nube en sus servidores AWS, y Google afirma que recientemente logró la hegemonía cuántica.

¿Es la computación cuántica una amenaza para Blockchain? La respuesta corta es sí, pero hay matices a considerar. Primero, la computación cuántica en sí misma no es una amenaza para la cadena de bloques, sino para los proyectos que utilizan la tecnología. Si bien las computadoras cuánticas de hoy en día no pueden romper las cadenas de bloques y su criptografía subyacente, las próximas computadoras centrales son, de hecho, una amenaza para la que debe estar preparado. Si bien las próximas computadoras cuánticas pueden tener la capacidad de romper el cifrado de la cadena de bloques actual, esta amenaza puede reducirse a cero cuando el mundo adopte cadenas de bloques resistentes a la cuántica o incluso tecnología de registro distribuido donde los nodos dependen de las computadoras cuánticas.

¿Qué algoritmos de cifrado y cadenas de bloques amenazarán la computación cuántica? Las poderosas computadoras cuánticas podrían amenazar todas las cadenas de bloques que dependen de ECDSA. ECDSA, Inglés: Abreviatura de Elliptic Curve Digital Signature Algorithm, nombre traducido: Elliptic Curve Digital Signature Algorithm, es un algoritmo de cifrado ampliamente utilizado en firmas digitales. El algoritmo de firma digital utilizado por Bitcoin y la plataforma de cadena de bloques pública de código abierto con funciones de contrato inteligente: Ethereum (Ethereum) es este algoritmo.

ECDSA se ha convertido en el estándar de oro para crear claves bajo criptografía de clave pública, que se utiliza para firmar transacciones en la mayoría de las cadenas de bloques. El sistema permite la creación de una clave privada aleatoria de 256 bits y una clave pública derivada, que se puede compartir con cualquier tercero. De esta forma, es casi imposible encontrar la clave privada que generó la clave pública, pero una computadora cuántica puede usar un algoritmo para desentrañar la relación matemática entre la clave pública y la clave privada, revelando y destruyendo así la clave privada.

Bitcoin fue el primer ejemplo práctico de blockchain y sigue siendo la criptomoneda más dominante que se generaliza y atrae a muchos inversores institucionales, lo que la convierte en la primera moneda digital protegida de cualquier amenaza potencial (incluidas las computadoras cuánticas). En 2017, mientras Bitcoin explotaba, el equipo de investigación de la Universidad Nacional de Singapur estudió la amenaza de las computadoras cuánticas para Bitcoin y fue el primero en reconocer el peligro inminente de la computación cuántica para Bitcoin. Argumentan: "El esquema de firma de curva elíptica utilizado por Bitcoin corre más riesgo y podría ser roto por computadoras cuánticas ya en 2027".

Las tecnologías cuánticas están escalando más rápido de lo esperado. Recientemente, Google anunció que ha logrado la "supremacía cuántica", lo que sugiere que ha construido una computadora que puede resolver tareas matemáticas que antes no tenían solución.

¿Cómo se está preparando el mundo criptográfico de blockchain para la computación cuántica? Hay dos vías principales para abordar las posibles amenazas cuánticas: una es crear capas resistentes a la cuántica para los protocolos de cadena de bloques existentes para mejorar su seguridad, y la otra es crear cadenas de bloques resistentes a la cuántica desde cero.

Algunos científicos han estudiado el segundo método. El mejor ejemplo es Quantum Resistant Ledger (QRL), administrado por la Fundación QRL sin fines de lucro con sede en Suiza. Con su nombre inspirador, QRL creó un protocolo de cadena de bloques desde cero. QRL está diseñado para defenderse de cualquier amenaza de las computadoras cuánticas.

La cadena de bloques QRL, cuya red principal de prueba se puso en marcha en junio pasado, es el primer ejemplo industrializado del llamado Esquema de firma extendido de Merkle (XMSS, abreviatura de Esquema de firma extendido de Merkle). El esquema es un esquema de firma basado en hash, que no es vulnerable a las computadoras cuánticas. XMSS se propuso por primera vez hace unos años y QRL usa una versión de XMSS del año pasado.

Actualmente, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) ha aprobado un borrador de XMSS, el esquema de firma basado en hash que se usa en QRL. A diferencia de los algoritmos criptográficos comunes como ECDSA, los algoritmos como XMSS y un esquema de firma similar basado en hash llamado Leighton-Micali (LMS) son más avanzados debido a su capacidad para resistir ataques informáticos cuánticos. Sin embargo, tanto XMSS como LMS son propensos al abuso, por lo que se necesitan algunas modificaciones para solucionarlo.

El camino hacia la ratificación de los esquemas de firma basados ​​en hash para XMSS y LMS es independiente de los requisitos más generales del NIST para los esquemas de firma poscuánticos, que se finalizarán en una fecha posterior (probablemente en 2022 o posterior). Hasta la fecha, la gran competencia patrocinada por NIST ha recibido más de 80 entradas. El objetivo del concurso es elegir el mejor algoritmo de criptografía poscuántica.

Curiosamente, la NSA también ha expresado su voluntad de beneficiarse de las presentaciones del NIST. En 2015, la NSA dijo que planeaba trasladar sus Sistemas de Seguridad Nacional a la criptografía de clave pública poscuántica. En los últimos años, las agencias de EE. UU. se han asociado con los pioneros de la industria para garantizar que tengan algoritmos de resistencia cuántica lo suficientemente sólidos para proteger los sistemas de seguridad de EE. UU. A día de hoy, solo un puñado de entidades está trabajando en cadenas de bloques resistentes a la cuántica, una tendencia que se espera que se expanda en los próximos años.

¿Bitcoin tendrá que actualizar su infraestructura para volverse resistente a la cuántica? Si bien las computadoras cuánticas actualmente no representan una amenaza para Bitcoin, las criptomonedas necesitarán una actualización en el futuro. Bitcoin utiliza dos esquemas de seguridad, la función hash para la creación de bloques y el algoritmo ECDSA para las firmas. Estos últimos son más susceptibles a los riesgos que plantean las computadoras cuánticas y pueden requerir capas adicionales de protección en el futuro.

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