¿Podrá sobrevivir la blockchain a la era cuántica?

Muy buenos días amigos.

En este post de hoy vamos a tratar un tema que me parece muy interesante,veremos la información que tenemos a día de hoy sobre la era cuántica y si estos nuevos ordenadores podrán desentrañar el código de Bitcoin con relativa facilidad.

¿Que és la computación cuántica?

Esta rama de la informática se basa en los principios de la superposición de la materia y el entrelazamiento cuántico para desarrollar una computación distinta a la tradicional. En teoría, sería capaz de almacenar muchísimos más estados por unidad de información y operar con algoritmos mucho más eficientes a nivel numérico, como el de Shor o el temple cuántico.

Esta nueva generación de superordenadores aprovecha el conocimiento de la mecánica cuántica  para superar las limitaciones de la informática clásica. Aunque la computación cuántica presenta en la práctica problemas evidentes de escalabilidad y descoherencia, permite realizar multitud de operaciones simultáneas y eliminar el efecto túnel que afecta a la programación actual en la escala nanométrica.

Cubit la medida cuántica

La palabra ‘cúbit’ procede de la contracción de los términos en inglés quantum bit, o bit cuántico. En los ordenadores que utilizamos actualmente un bit es la unidad mínima de información. Cada uno de ellos puede adoptar en un momento dado uno de dos valores posibles: 0 o 1. Pero con un único bit apenas podemos hacer nada, de ahí que sea necesario agruparlos en conjuntos de 8 bits conocidos como bytes u octetos.

Por otro lado, los bytes pueden agruparse en «palabras», que pueden tener una longitud de 8 bits (1 byte), 16 bits (2 bytes), 32 bits (4 bytes), etc. Si queremos saber cuántos valores diferentes puede adoptar un conjunto de bits, que puede tener cualquier tamaño (así que lo llamaremos n), solo tenemos que elevar 2 a n (2^n). El dos, que es la base, procede del hecho de que cada bit puede adoptar uno de un máximo de dos valores, de ahí que a la notación utilizada por los sistemas digitales en general se la llame notación binaria.

Este principio tan evidente y básico, curiosamente, no se da en la computación cuántica. Y es que los cúbits, que son la unidad mínima de información en esta disciplina, a diferencia de los bits no tienen un único valor en un momento dado; lo que tienen es una combinación de los estados cero y uno simultáneamente. Pueden tener mucho de estado cero y poco de estado uno. O mucho de estado uno y poco de estado cero. O lo mismo de ambos. O cualquier otra combinación de estos dos estados que se os ocurra.

La multiplicidad de estados posibilita que un ordenador cuántico de apenas 30 qubits, por ejemplo, pueda realizar 10 billones de operaciones en coma flotante por segundo, es decir, unos 5,8 billones más que la videoconsola PlayStation más potente del mercado.

Futuro de los ordenadores cuánticos

Debéis tener en cuenta que el concepto de que los ordenadores cuánticos terminarán sustituyendo a los PCs como los conocemos hoy en día es erróneo, al menos a medio plazo. El uso de un PC doméstico “normal” sigue siendo la solución más fácil y económica para abordar la mayoría de problemas cotidianos y necesidades de los usuarios, y así seguirá siendo durante mucho, mucho tiempo.

Una reflexión parecida hizo el creador de Ethereum (Vitálik Buterin) comparando los ordenadores cuánticos con la bomba de hiroshima,ya que es algo impresionante pero su utilidad en la vida cotidiana es muy complicada,al menos a corto/medio plazo.

No obstante, los ordenadores cuánticos prometen impulsar los avances tecnológicos en muchos campos, desde la ciencia de los materiales hasta la investigación farmacéutica, motivo por el que son muchas las empresas que están invirtiendo para desarrollar esta tecnología.

¿Cómo funcionan los ordenadores cuánticos?

Son máquinas elegantes, más pequeñas y que requieren menos energía que las supercomputadoras. Un procesador Quantum es una oblea no mucho más grande que la que se encuentra en una computadora portátil. Y un sistema de hardware cuántico tiene aproximadamente el tamaño de un automóvil, compuesto principalmente por sistemas de enfriamiento para mantener el procesador superconductor a su temperatura operativa ultra fría.

Un procesador clásico utiliza bits para realizar sus operaciones. Una computadora cuántica usa qubits (CUE-bits) para ejecutar algoritmos cuánticos multidimensionales.

Superfluidos
Es probable que su computadora de escritorio use un ventilador para enfriarse lo suficiente como para trabajar. Los procesadores cuánticos deben estar muy fríos, alrededor de una centésima de grado por encima del cero absoluto(−273,15 ◦C) Para lograr esto, usamos superfluidos súper enfriados para crear superconductores.

Superconductores
A esas temperaturas ultrabajas, ciertos materiales en los procesadores exhiben otro efecto mecánico cuántico importante: los electrones se mueven a través de ellos sin resistencia. Esto los convierte en «superconductores». Cuando los electrones pasan a través de los superconductores, se emparejan y forman «pares de Cooper». Estos pares pueden transportar una carga a través de barreras o aisladores a través de un proceso conocido como tunelización cuántica. Dos superconductores colocados a ambos lados de un aislador forman una unión Josephson.

Control
Las computadoras cuánticas usan uniones Josephson como qubits superconductores. Al disparar fotones de microondas a estos qubits, pueden controlar su comportamiento y hacer que retengan, cambien y lean unidades individuales de información cuántica.

Superposición
Un qubit en sí mismo no es muy útil. Pero puede realizar un truco importante: colocar la información cuántica que contiene en un estado de superposición, lo que representa una combinación de todas las configuraciones posibles del qubit. Los grupos de qubits en superposición pueden crear espacios computacionales complejos y multidimensionales. Los problemas complejos se pueden representar de nuevas formas en estos espacios.

El entrelazamiento
entrelazamiento es un efecto mecánico cuántico que correlaciona el comportamiento de dos cosas separadas. Cuando dos qubits están entrelazados, los cambios en un qubit impactan directamente en el otro. Los algoritmos cuánticos aprovechan esas relaciones para encontrar soluciones a problemas complejos.

Los ordenadores cuánticos y la blockchain.

Hay un temor latente en las comunidades de criptomonedas sobre la computación cuántica. ¿Podría romper las criptomonedas y el cifrado que las protege? ¿Los titulares sobre la «supremacía cuántica» significan que mis claves privadas están en peligro?

En 2020, por ejemplo, los científicos chinos utilizaron un ordenador cuántico para resolver un problema matemático que a un superordenador normal le habría llevado 2.500 millones de años. La máquina cuántica lo resolvió en 200 segundos. 

Ahora bien, esto es solo un ejemplo de lo que son capaces de hacer. La realidad va mucho más allá. Actualmente, la computación cuántica tiene el potencial de transformar la forma en que interactuamos con la naturaleza. 

Podría acelerar el descubrimiento de fármacos al examinar rápidamente las estructuras moleculares, perfeccionar la ciencia de los materiales y reescribir el marco de la inteligencia artificial. 

Sin embargo, tenemos un problema con esto (depende de cómo lo mires claro): aún no existe ordenador cuántico capaz de actuar en ese periodo de cierta vulnerabilidad del bitcoin, entre que se genera una clave pública, disponible para todo el mundo, y una clave privada segura, visible sólo para el usuario.

«Cuando alguien hace una transacción en bitcoin, se anuncia al mundo, pero no es completamente segura hasta que se ha integrado en la cadena de bloques», afirma Mark Webber, arquitecto cuántico de la empresa inglesa Universal Quantum.

Sin embargo, ni si quiera el actual procesador cuántico más potente del mundo, sería capaz de hackearlo en esa ventana de vulnerabilidad.

Futuro de la blockchain en la era cuántica.

La tecnología blockchain utiliza criptografía asimétrica para generar las parejas clave pública – clave privada de los participantes. Esta criptografía permite que nadie pueda descifrar la clave privada a partir de la clave pública, y mantiene protegidos los wallets que almacenan los tokens, los datos o los certificados, entre otras cosas. 

Dos estudios realizados por profesores de la Universidad de Waterloo y el centro de investigación de Microsoft en Estados Unidos, estiman que con 1.500 y 2.330 qubits (bits cuánticos), respectivamente, se podría romper la criptografía de las wallets, y encontrar las claves privadas a partir de las públicas. En 2027 habrá computadores cuánticos con potencia suficiente para romper esta criptografía en menos de 10 minutos, según otro estudio realizado por investigadores de Singapur, Australia y Francia.

Contra esta amenaza hay dos alternativas. 

El post-quantum cryptography (PQC) tiene algoritmos más sofisticados para generación de claves asimétricas, cuya seguridad ante la computación cuántica es temporal. El National Institute of Standards and Technology está en el proceso de evaluación de una convocatoria pública de propuestas en Estados Unidos, y la iniciativa europea PQCrypto ha identificado los algoritmos basados en hashes SPHINCS y XMSS como los mejores candidatos.

La segunda alternativa sería la criptografía simétrica cuántica. La tecnología cuántica permite generar claves simétricas aleatorias con generadores cuánticos de números aleatorios, y compartirlas de manera que cambien si alguien intenta observarlas (QKD por su nombre en inglés) Habría que violar las leyes de la naturaleza para poder interceptarlas sin ser detectado.

La blockchain cuántica

Existen alternativas para construir blockchain enteramente cuánticas. Se basan en el fenómeno del entrelazamiento, y en la imposibilidad de copiar estados cuánticos (al observar un sistema cuántico cambia, es imposible clonarlo) Esta tecnología blockchain sería completamente distinta a la actual, y ofrecería una seguridad completa al estar basada en procesos físicos y no en la dificultad matemática de invertir hashes o firmas digitales. 

Ya tenemos varios proyectos que se están adaptando a la llegada de la era cuática,como por ejemplo 5ire chain.En el futuro habrá muchos más…

Conclusiones

A día de hoy para poder romper las claves de Bitcoin o generar cualquier vulnerabilidad en una blockchain, necesitaríamos una enorme computadora y con una potencia computacional increíble.

Mi pregunta es la siguiente…

¿Sabiendo todo esto lo que más nos preocupa de los ordenadores cuánticos es la blockchain?

¿No deberían estar más preocupados los que tengan cuentas bancarias?Su vulnerabilidad es mayor que una blockchain…

¿Cuántas claves de tarjetas de crédito podría conseguir un ordenador así?

Yo creo que debemos estar tranquilos,como ya sabéis las blockchain se pueden modificar mediante bifurcación dura y si es necesario se añadiran cálculos más complejos de descifrar.

¿La blockchain sucumbirá ante los ordenadores cuánticos?

Mi opinión y la de muchos expertos es que no lo hará…Acabarán adaptándose y evolucionando para ello.Recordad que descifrar la criptografía es mucho más complejo que otras muchas cosas de uso cotidiano;claves de tarjetas,claves de correo electrónico,claves de diseño web,claves de inteligencia ECT…

Los gobiernos no van a permitir que nada de eso suceda, si los ordenadores cuánticos llegan como algo cotidiano a nuestras vidas, también lo hará la seguridad contra ellos.

Bueno chicos esto va a ser todo en el post de hoy.Como siempre os dejo el enlace a mi comunidad de telegram por si necesitáis cualquier cosa.

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