Computadores quânticos versus mineração de Cripto : separando os fatos da ficção

Os computadores quânticos são máquinas especiais que podem realizar certos cálculos significativamente mais rápido do que os computadores comuns – conhecidos como “computadores clássicos” – e representam a próxima fronteira na Tecnologia de computação.

Nos últimos anos, tem havido temores crescentes de que esses computadores superiores possam eventualmente ser direcionados para processar cálculos de mineração de Cripto necessários para gerar novos blocos.

Esta peça faz parte da Semana de Mineração da CoinDesk .

Se isso acontecer, a preocupação é que aqueles que possuem computadores quânticos possam, em teoria, obter uma vantagem significativa sobre todos os outros mineradores na rede blockchain , ameaçando a descentralização e a segurança de blockchains de prova de trabalho como Bitcoin e Litecoin . Sem mencionar, ganhar a grande maioria das recompensas restantes do bloco .

Para entender como funcionam os computadores quânticos, primeiro você precisa entender que os computadores clássicos – como ONE que você tem em casa ou usa no trabalho – representam todos os bits de dados como sendo um de dois estados, 0 ou 1. Isso é conhecido como código binário.

Ao encadear 0s e 1s, torna-se possível executar cálculos mais complexos e armazenar dados mais complexos. Mas mesmo juntando 0s e 1s, os computadores clássicos ainda são limitados em suas capacidades de processamento e podem executar apenas um cálculo por vez.

Os computadores quânticos, por outro lado, podem executar cálculos simultâneos graças ao uso de bits quânticos, também conhecidos como “qubits”. Em vez de representar dados em dois estados – 0 ou 1 – os qubits podem representar dados em três estados: 0, 1 ou ambos. Isso é conhecido como "superposição".

Lembra do gato de Schrödinger ? Esse é um dos exemplos mais populares de superposição quântica, em que um gato deixado em uma caixa não pode estar vivo nem morto. É considerado ambos.

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Ao fornecer um número maior de estados, os computadores quânticos têm a capacidade de realizar cálculos exponencialmente maiores. Mas há uma série de advertências significativas a esta Tecnologia, que exploraremos mais adiante.

Um artigo acadêmico publicado recentemente na AVS Quantum Science intitulado “O impacto das especificações de hardware no alcance da vantagem quântica no regime tolerante a falhas” descreveu duas ameaças principais representadas pela computação quântica à mineração de Cripto , especificamente à mineração de Bitcoin (BTC), e ao ecossistema mais amplo.

O mecanismo de consenso de prova de trabalho refere-se ao sistema especial que certas blockchains empregam para selecionar participantes honestos para desempenhar o importante papel de propor novos blocos de dados de transação a serem adicionados à blockchain. Como não existe uma autoridade única que governe uma blockchain, ela deve contar com um sistema automatizado codificado no protocolo para filtrar usuários desonestos que possam tentar corromper a blockchain com transações inválidas.

Os computadores quânticos têm a capacidade de realizar cálculos mais elevados do que outros tipos de máquinas especializadas e, portanto, a preocupação óbvia é que possam dominar a concorrência baseada na mineração. De acordo com os autores do artigo, no entanto, essa ameaça é considerada mínima devido à natureza do tempo de ciclo de clock consideravelmente mais lento dos computadores quânticos versus mineradores de circuitos integrados de aplicação específica (ASIC).

“É improvável que a aceleração algorítmica compense os tempos de ciclo de clock consideravelmente mais lentos em relação à computação clássica de última geração no futuro próximo”, segundo o artigo.

Mas como os computadores quânticos podem ter ciclos de clock mais lentos, mas processar mais cálculos do que os computadores clássicos? De acordo com Macauley Coggins, fundador da Quantum Computing UK , tem a ver com a capacidade de um computador quântico de processar cálculos simultaneamente:

Na verdade, cientistas da computação, em outro artigo acadêmico intitulado “ Vulnerabilidade das tecnologias blockchain a ataques quânticos ”, publicado na ScienceDirect, sugeriram que pode levar até 2028 para que os computadores quânticos sejam sofisticados o suficiente para superar a atual Tecnologia de chip ASIC e realizar um ataque majoritário em uma rede blockchain. Isso não leva em consideração quaisquer melhorias futuras na Tecnologia de chips ASIC naquela época.

“Nossos próprios cálculos baseados na Tecnologia ASIC atual, bem como os de outros autores [ 2 , 3 ], colocam a data mais próxima provável em que esse tipo de ataque será possível em 2028. No entanto, os avanços na Tecnologia ASIC provavelmente atrasarão esta data muito mais longe”, de acordo com o estudo da ScienceDirect.

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Ambos os artigos concordaram que a maior ameaça representada pelos computadores quânticos à Cripto não é a mineração, mas a quebra do “ Algoritmo de Assinatura Digital da Curva Elíptica ”, ou ECDSA, que é usado pelo Bitcoin e pela grande maioria de outras criptomoedas líderes .

ECDSA é o sistema criptográfico usado para gerar chaves público-privadas matematicamente vinculadas – as ferramentas digitais necessárias para enviar e receber Criptomoeda, bem como provar quem possui os ativos mantidos em uma carteira Cripto .

Quebrar esta forma de criptografia significaria que uma pessoa poderia determinar a chave privada de alguém a partir da chave pública dessa pessoa, que é transmitida gratuitamente para toda a rede cada vez que a carteira faz uma transação. Acessar uma chave privada é como identificar a senha de uma pessoa e daria ao invasor controle total sobre quaisquer fundos mantidos no endereço da carteira.

“Se o mesmo par de chaves pública/privada for usado para manter o Bitcoin dos usuários depois que a chave pública se tornar de conhecimento público, todos os fundos garantidos pelo par de chaves ficarão vulneráveis. No entanto, também deve ser considerado que as carteiras Bitcoin tendem a não usar repetidamente os mesmos pares de chaves”, de acordo com o artigo da AVS Quantum Science.

Então, quantos qubits seriam necessários para quebrar o algoritmo da curva elíptica? De acordo com o artigo da AVS Quantum Science, bastante:

“... Seriam necessários 317 × 106 qubits físicos para quebrar a criptografia em uma hora com um tempo de ciclo de código de 1 μs. Para quebrá-lo em 10 minutos com o mesmo tempo de ciclo de código, seriam necessários 1,9 × 109 qubits físicos, enquanto para quebrá-lo em 1 dia, seriam necessários apenas 13 × 106 qubits físicos.

Embora os computadores quânticos já sejam uma coisa, a Tecnologia ainda está em sua infância.

O processador quântico da IBM, apelidado de “Eagle”, é considerado o sistema de computação quântica mais poderoso do mundo até hoje – contendo 127 qubits. Muito longe dos estimados 1,9 bilhão de qubits necessários para quebrar o ECDSA em 10 minutos.

Adicionar mais qubits também não é tão simples quanto parece. Tudo se resume a um fator extremamente limitante conhecido como “ruído quântico”. O termo refere-se a qualquer tipo de mudança ambiental sutil que possa afetar o desempenho de um qubit. Na verdade, as menores vibrações ou flutuações nas Waves temperadas ou eletromagnéticas podem causar algo conhecido como “decoerência”, tornando os qubits incapazes de realizar um único cálculo. O problema se torna cada vez mais persistente quanto mais qubits estão envolvidos.

É esta sensibilidade a fatores externos que inibe significativamente a progressão dos computadores quânticos e significa que é pouco provável que se tornem uma grande ameaça à mineração de Criptomoeda ou à criptografia subjacente que protege as transações até que este problema seja resolvido.

Esforços estão sendo direcionados para a criação de computadores quânticos clássicos hibridizados, bem como para a criação de software para minimizar a perturbação causada pelo ruído quântico. Mas isso T resolve outro problema crítico enfrentado pelos computadores quânticos.

Ao contrário dos computadores clássicos, é incrivelmente difícil remover erros ao realizar cálculos em um computador quântico devido à natureza linear dos cálculos quânticos. A verificação de erros nos qubits pode potencialmente perturbar seu estado ou superposição, distorcendo os resultados.

Houve, no entanto, uma série de avanços na correção quântica de erros, nomeadamente algo chamado código Bacon-Shor, desenvolvido pelo físico Christopher Monroe e vários pesquisadores da Universidade de Maryland. Mas, novamente, estima-se que esse tipo de correção de erros exija um computador quântico com pelo menos 1.300 qubits – mais de 10 vezes o número de qubits presentes no processador Eagle da IBM.

Tal como está, embora os computadores quânticos possam um dia possuir a capacidade de minar gravemente a mineração de Cripto e a integridade das redes baseadas em blockchain, a Tecnologia atual está longe de ser sofisticada o suficiente para causar qualquer preocupação séria.

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