Computación cuántica vs. blockchain: Impacto en la criptografía

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El principal punto de venta de la blockchain y sus aplicaciones es que los registros distribuidos con seguridad criptográfica son prácticamente “inquebrantables” en circunstancias normales, dado el estado actual de la tecnología computacional. Su validez, sin embargo, depende en gran medida del supuesto del “estado de la tecnología”. Si se produce un cambio paradigmático en la informática, los sistemas contemporáneos basados en blockchain pueden volverse vulnerables a amenazas que no se tienen en cuenta en su diseño. Pero, ¿qué tan urgente es la amenaza de que esto ocurra en un futuro cercano?

Los avances que los físicos han estado haciendo durante las últimas tres décadas hacia la construcción de un computador cuántico operativo podrían contribuir pronto a este cambio. Como el hito llamado “supremacía cuántica”, en el que un computador cuántico supera a uno tradicional en una tarea específica, podría alcanzarse en cualquier momento, la pegunta de si los posibles dispositivos basados en la tecnología cuántica son capaces de “matar” a la blockchain aparece en el centro de atención. 

Una introducción a la computación cuántica

Un computador cuántico es cualquier dispositivo que utiliza los principios de la mecánica cuántica para realizar cálculos. Para almacenar y manipular información, los computadores tradicionales utilizan unidades binarias llamadas bits, que pueden representar uno de los dos estados posibles: 0 o 1. Las máquinas cuánticas dependen de los bits cuánticos (o qubits), que pueden ser un 0 y un 1 al mismo tiempo. Este fenómeno, llamado superposición, permite a estos dispositivos realizar ciertas tareas mucho más rápido que sus homólogos basados en bits.

Number of Quibits Achieved by Date and Organization

Otro término fundamental en la teoría cuántica es el entrelazamiento. Cuando dos partículas se entrelazan, existen en el mismo estado cuántico, y cambian en el estado si una incita a su par a cambiar en consecuencia, sin importar cuán lejos estén en el espacio físico. El emparejamiento de qubits de esta manera conduce al crecimiento exponencial de la potencia computacional del ordenador cuántico.

El estado de superposición, necesario para realizar los cálculos, es difícil de conseguir y enormemente difícil de mantener. Los físicos utilizan rayos láser y de microondas para poner los qubits en este estado de trabajo y luego emplean una serie de técnicas para preservarlos de las más mínimas fluctuaciones de temperatura, ruidos y ondas electromagnéticas. Los ordenadores cuánticos actuales son extremadamente propensos a cometer errores debido a la fragilidad de las condiciones de trabajo, lo que se disipa en un proceso llamado decoherencia, antes de que se puedan ejecutar la mayoría de las operaciones.

La potencia computacional cuántica se determina por el número de qubits que una máquina puede aprovechar simultáneamente. Comenzando con los humildes dos qubits logrados en los primeros experimentos a finales de la década de 1990, el ordenador cuántico más potente de la actualidad, operado por Google, puede utilizar hasta 72 qubits.

Computadores cuánticos y blockchain

Reconociendo todas las reservas convencionales, la idea de la inmutabilidad de las blockchains y la seguridad sin igual es ampliamente aceptada: Es la base de la confianza del público en los activos digitales y promueve la adopción masiva. Sin embargo, el advenimiento de la computación cuántica podría potencialmente poner en peligro la integridad de la criptografía de clave pública, que es la columna vertebral de la seguridad de la blockchain.

Si bien la gama de aplicaciones potenciales de los computadores cuánticos es muy amplia, la más relevante en el contexto de la tecnología blockchain y de la criptografía en general es la capacidad de ejecutar algoritmos específicos mucho más rápido que cualquier supercomputador existente. Uno de los casos de presunto uso más discutidos es la ejecución del famoso algoritmo de Shor para la descomposición de factores, lo que podría hacer que muchas de las técnicas de encriptación contemporáneas quedaran obsoletas.

Como observó un grupo de investigadores del Centro Cuántico Ruso en un artículo para la revista Nature, un riesgo potencial se deriva del hecho de que la seguridad de la blockchain depende en gran medida de funciones matemáticas unidireccionales, que son fáciles de ejecutar, pero mucho más difíciles de calcular al revés. Estas funciones se utilizan tanto para generar firmas digitales como para validar operaciones en el registro.

Un delincuente equipado con un dispositivo cuántico funcional podría realizar cálculos inversos mucho más rápidamente, lo que le permitiría falsificar firmas, hacerse pasar por otros usuarios y acceder a sus activos digitales. En el contexto de la minería, un actor malicioso podría hacerse cargo del proceso de actualización del registro, manipular el historial de transacciones y hacer doble gasto de monedas.

Los investigadores rusos sugirieron que los arquitectos de los sistemas encriptados deberían empezar a tomar precauciones contra esta amenaza inmediatamente. Una solución podría consistir en sustituir las firmas digitales convencionales por criptografía resistente a la cuántica, el tipo de algoritmos de seguridad específicamente diseñados para soportar un ataque desde un computador cuántico lo suficientemente potente. Otro remedio, propusieron los físicos rusos, solo estará disponible con el advenimiento de una Internet cuántica, que todavía está a varias décadas de distancia. Esta futura arquitectura de comunicación inalámbrica, basada en la conexión entre partículas cuánticas entrelazadas a distancia, desbloqueará una gran cantidad de nuevos modelos y diseños de blockchain.

Esto está en consonancia con la idea alucinante que Del Rajan y Matt Visser, de la Universidad Victoria de Nueva Zelanda, expresaron en un artículo de investigación reciente. Propusieron renunciar al uso de la criptografía cuántica y dar el salto directamente a convertir a la blockchain en un sistema basado en la cuántica. Su modelo describe una blockchain basada en qubits entrelazados no solo en el espacio, sino también en el tiempo. El intento de alterar retrospectivamente el registro de transacciones, codificado por la historia de los estados de una sola partícula a lo largo del tiempo, sería imposible sin destruir la partícula por completo. La realización de este modelo, sin embargo, sería imposible hasta que una Internet cuántica esté en funcionamiento.

Los profesionales opinan

Si bien las soluciones futuristas que proponen los académicos pueden estar a décadas de distancia, una gran cantidad de investigación práctica y desarrollo en computación cuántica y criptografía cuántica está ocurriendo en este momento. Los expertos que trabajan con aplicaciones de computación cuántica encuestados por Cointelegraph difieren en sus puntos de vista sobre lo inmediata que es la amenaza cuántica. Yaniv Altshuler, investigador del MIT y director ejecutivo y cofundador de la plataforma de análisis predictivo Endor Protocol, dijo:

“Los ordenadores cuánticos se están volviendo increíblemente potentes y avanzan más rápido de lo que la mayoría de la gente esperaba. Sin embargo, sus capacidades no quebrantarán la blockchain. Cada año, cuando se lanza un nuevo hardware, reaviva las preocupaciones sobre la integridad de la blockchain, pero no hay evidencia de que la computación cuántica pueda comprometerla”.

Stewart Allen, director de operaciones de la empresa de informática cuántica IonQ, cree que, para cuando un computador cuántico sea lo suficientemente potente como para poner en peligro la integridad de las blockchains actuales, los sistemas de seguridad se habrán trasladado a algoritmos capaces de contenerlas:

“No existe una amenaza real de computadores cuánticos quebrantando la criptografía de la blockchain a corto plazo. Cuando esto suceda, la criptografía se habrá trasladado a algoritmos más resistentes a la cuántica. Estamos por lo menos a una década de que los computadores cuánticos puedan quebrantar la criptografía de la blockchain”.

Otros, sin embargo, no compartían del todo esta visión optimista.

El director ejecutivo de ILCoin, Norbert Goffa, expresó su preocupación por el potencial surgimiento de los grupos mineros impulsados por energía cuántica:

“Si alguien tiene un grupo minero de base cuántica, es fácil dominar a los demás. […] Hoy en día no tenemos ninguna máquina minera de base cuántica. Por otro lado, muchas empresas han estado trabajando en tecnología informática cuántica. Creemos que en los próximos cinco años podría ser real. Tal vez menos, ¿quién sabe?”

Rakesh Ramachandran, CEO y cofundador de QBRICS Inc, enfatizó que la computación cuántica está lista para tener un efecto en prácticamente todas las esferas en las que se utiliza la criptografía. En el caso de la tecnología blockchain, dijo, podríamos esperar un cambio sistémico:

“Los computadores cuánticos redefinirán la criptografía no solo de la blockchain, sino también dondequiera que haya una aplicación de criptografía que incluya cosas sencillas como un sitio web de banca en línea.  Hay una considerable investigación y trabajo que se está realizando para mitigar los efectos y pasar a la criptografía cuántica o a la criptografía poscuántica. 

“Sin embargo, el desafío de la blockchain no es solo la amenaza que representa la computación cuántica, sino el alcance de cómo la blockchain migrará a la nueva versión de la criptografía”.

Todos los expertos proporcionaron estimaciones sorprendentemente similares de cuánto tiempo tenemos antes de que los computadores cuánticos puedan suponer una amenaza para la integridad de las blockchains, variando en un rango de cinco a diez años. También fueron bastante consistentes en sus fórmulas para lidiar con potenciales ataques cuánticos: La mayoría está de acuerdo en que será necesario un cambio gradual a la criptografía cuántica, así como la construcción de una infraestructura que la apoye. Las blockchains tendrán que evolucionar, pero es poco probable que la tecnología de computación cuántica amenace fundamentalmente su existencia.

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Fuente Cointelegraph

Last modified: Junio 30, 2019