A tecnologia blockchain mudou nossa visão de sistemas descentralizados, principalmente por meio de aplicativos como Bitcoin e Ethereum. Em seu núcleo, o blockchain opera como um livro-razão seguro e distribuído que usa criptografia para verificar transações e evitar alterações não autorizadas.
As aplicações de blockchain penetraram nas finanças, na gestão da cadeia de suprimentos, na identidade digital e muito mais, à medida que as indústrias enxergam o potencial da validação de transações segura e descentralizada.
No entanto, o advento da computação quântica apresenta tanto um desafio quanto uma oportunidade para o blockchain. A interseção do blockchain e da computação quântica abre uma nova fronteira, especialmente porque a computação quântica promete resolver problemas complexos muito mais rápido do que os computadores clássicos.
Dito isto, a computação quântica poderia quebrar os métodos criptográficos que protegem blockchains, como RSA e Criptografia de Curva Elíptica (ECC), usando algoritmos como os de Shor ou Grover.
Uma das respostas mais inovadoras a esse desafio vem da Quranium, a primeira tecnologia híbrida Distributed Ledger (DLT) à prova de quantum do mundo. A Quranium não apenas protege o blockchain contra ameaças quânticas, mas também introduz uma arquitetura de camada dupla que melhora a escalabilidade e fornece uma infraestrutura segura integrada à IoT.
Este artigo explorará a intersecção de blockchain e computação quântica. Usando o Quranium como estudo de caso, discutiremos como tecnologias inovadoras estão sendo desenvolvidas para garantir a resiliência quântica do blockchain.
A ameaça quântica ao blockchain
A resiliência do blockchain decorre de sua estrutura descentralizada e mecanismos de consenso, juntamente com seu uso de algoritmos criptográficos como RSA e criptografia de curva elíptica (ECC) para proteger transações e verificar propriedade digital.
Embora esses algoritmos criptográficos atualmente forneçam segurança poderosa, a computação quântica introduz uma interrupção significativa ao potencialmente tornar esses algoritmos vulneráveis a ataques.
Computadores quânticos, diferentemente dos clássicos, são capazes de resolver problemas como fatoração de números inteiros grandes (usados em RSA) e logaritmos de curvas elípticas (usados em ECC) muito mais rápido. Esse novo poder computacional representa um risco substancial à segurança central do blockchain, reforçando a necessidade de medidas seguras na interseção do blockchain e da computação quântica.
Empresas como IBM, Google e Intel estão fazendo grandes avanços na computação quântica. A IBM revelou recentemente seu processador Condor de 1.121 qubits, enquanto o novo modelo Sycamore de 70 qubits do Google é muito mais poderoso que seu antecessor. A Intel está avançando com a tecnologia de ponto quântico para sistemas quânticos escaláveis. Avanços recentes, como o algoritmo de Shor, que pode fatorar grandes números rapidamente, nos dão uma prova de quão real é a ameaça representada pela computação quântica à tecnologia blockchain.
Esta não é apenas uma preocupação futura. Em 2019, o experimento de supremacia quântica do Google mostrou que os processadores quânticos poderiam resolver certos problemas em segundos, problemas que levariam milênios para os computadores clássicos concluírem.
Embora ataques quânticos imediatos em blockchains ainda não sejam viáveis, o conceito de “Armazenar Agora, Decifrar Depois” (SNDL) surgiu como uma ameaça real. Atores maliciosos podem armazenar dados criptografados de blockchain hoje com a intenção de decifrá-los quando os computadores quânticos amadurecerem, potencialmente minando a segurança de longo prazo dos registros de blockchain.
O algoritmo de Grover, por outro lado, acelera o processo de busca reduzindo o tempo que leva para encontrar uma entrada específica para uma função. Isso impacta funções de hash (outra pedra angular do blockchain). A criptografia baseada em hash poderia, em teoria, resistir ao algoritmo de Grover, mas exigiria dobrar o tamanho do hash para que ele mantivesse o mesmo nível de segurança.
As implicações do blockchain e da computação quântica são enormes. Um estudo da Quantum Alliance Initiative sugere que um ataque quântico bem-sucedido somente no Bitcoin poderia resultar na perda de pelo menos US$ 3 trilhões, potencialmente abalando a economia global.
O que os computadores quânticos realmente ameaçam no Blockchain ?
Como Vitalik Buterin, cofundador da Ethereum, aponta: “Computadores quânticos com o algoritmo de Shor quebram curvas elípticas completamente”.
Isso significa que a criptografia de chave pública usada para proteger chaves privadas e transações em blockchains como Bitcoin e Ethereum é vulnerável a ataques quânticos. RSA, curvas elípticas e grupos de ordens desconhecidos, que são fundamentais para proteger a propriedade digital, podem ser quebrados por computadores quânticos.
No entanto, nem todos os métodos criptográficos enfrentam o mesmo nível de vulnerabilidade. Como Buterin observa, funções hash, como SHA-256, usadas no sistema proof-of-work (PoW) do Bitcoin, são mais resistentes a ataques quânticos do que algoritmos como RSA ou ECC.
Isso ocorre porque os computadores quânticos podem acelerar significativamente a resolução de problemas matemáticos usados em RSA e ECC, mas as funções hash são menos suscetíveis a tais ataques. Embora o algoritmo de Grover possa enfraquecer ligeiramente as funções hash, dobrar o tamanho do hash pode mitigar esse risco. É importante distinguir entre as vulnerabilidades quânticas da criptografia de chave pública (como ECC e RSA) e a criptografia baseada em hash.
O risco crescente representado pela computação quântica está gerando interesse em projetos de blockchain como o Quranium. Diferentemente do Bitcoin ou do Ethereum, que dependem de sistemas criptográficos tradicionais que eventualmente precisarão de atualizações, o Quranium foi construído com resistência quântica em mente desde o início.
Ao aproveitar a criptografia baseada em hash, especificamente o SPHINCS+, que é resistente a ataques clássicos e quânticos, o Quranium garante que as transações e os registros de propriedade permaneçam seguros, mesmo diante de poderosos computadores quânticos.
Ao contrário dos algoritmos criptográficos tradicionais, que são vulneráveis a ataques quânticos, o SPHINCS+ é um esquema pós-quântico projetado para resistir a tais ameaças.
O que é criptografia pós-quântica?
Para mitigar a ameaça quântica, os pesquisadores estão se concentrando na criptografia pós-quântica — algoritmos projetados para serem seguros contra ataques quânticos.
Algoritmos criptográficos pós-quânticos, como criptografia baseada em rede, baseada em hash e baseada em código, são abordagens promissoras para garantir que os sistemas de blockchain permaneçam seguros mesmo na presença de poderosos adversários quânticos.
O National Institute of Standards and Technology (NIST) tem trabalhado para padronizar algoritmos de criptografia pós-quântica para substituir sistemas vulneráveis. Esses algoritmos, embora seguros, ainda estão em desenvolvimento, e muitos são computacionalmente caros.
Como o primeiro DLT à prova de quantum do mundo construído do zero, o Quranium utiliza um esquema de assinatura criptográfica baseado em hash aprovado pelo NIST (SPHINCS+), que é inerentemente resistente a ataques quânticos.
Além disso, a transição do Ethereum para Proof of Stake (PoS) com o Ethereum 2.0 também é um exemplo de como o Ethereum já está se preparando para o futuro. Embora o PoS não seja inerentemente resistente ao quantum, ele abre a porta para atualizações mais flexíveis no futuro, incluindo a integração de protocolos criptográficos pós-quânticos.
Projetos como o EIP-2938 já estão propondo modificações na Máquina Virtual Ethereum (EVM) para oferecer suporte a assinaturas pós-quânticas.
Um DLT resistente a quantum
Enquanto o Ethereum evolui gradualmente, o Quranium surgiu como um exemplo ousado de um projeto projetado especificamente com a resiliência quântica em mente.
A abordagem visionária da Quranium a posiciona como líder na intersecção de blockchain e computação quântica, preparando-a para lidar com as vulnerabilidades que outras blockchains precisarão abordar retroativamente. Sua criptografia pós-quântica, baseada em funções hash em vez de curvas elípticas, a posiciona como uma solução de blockchain à prova do futuro em um mundo onde os computadores quânticos estão se aproximando rapidamente.
Arquitetura híbrida de camada dupla
A arquitetura do Quranium consiste em duas camadas:
- Camada central: esta camada utiliza um mecanismo de consenso de prova de trabalho (PoW) otimizado para resistência quântica.
- Crust Layer: A Crust Layer usa um sistema BlockDAG de Proof of Respect (PoR) para aumentar a escalabilidade e a descentralização. Este sistema permite o processamento de transações paralelas, tornando o Quranium mais escalável e descentralizado do que os blockchains tradicionais.
Essa combinação de criptografia à prova de quantum e escalabilidade garante que o Quranium possa permanecer seguro e funcional mesmo em um mundo pós-quântico — avançando ainda mais a integração de blockchain e computação quântica.
Integração IoT
A infraestrutura da Quranium é exclusivamente projetada para suportar microtransações de alta velocidade e à prova de quantum entre dispositivos IoT. Ao alavancar sua arquitetura híbrida, a Quranium pode lidar com as vastas quantidades de dados gerados por dispositivos IoT em tempo real.
O Layer 3 BlockDAG, otimizado para aplicações IoT, garante que microtransações possam ser processadas em velocidades inigualáveis sem comprometer a segurança ou a descentralização. Enquanto isso, o Layer 2 é projetado especificamente para contratos inteligentes, compartilhando a mesma arquitetura, mas otimizado para diferentes casos de uso.
O futuro do blockchain e da computação quântica
Como Arthur Herman, Senior Fellow no Hudson Institute , aponta, o curso de colisão entre blockchain e computação quântica é inevitável. “A mesma tecnologia que poderia desbloquear imenso poder computacional também pode tornar os sistemas criptográficos existentes, incluindo aqueles que protegem redes de blockchain, vulneráveis a ataques.”
Plataformas tradicionais de blockchain como Bitcoin e Ethereum dependem de técnicas criptográficas que são vulneráveis a computadores quânticos. Isso representa uma ameaça significativa à sua segurança. A criptografia pós-quântica oferece uma solução potencial, mas a transição para esses novos métodos pode ser difícil devido a problemas de compatibilidade e à necessidade de maior poder de computação.
Quranium representa uma nova fronteira em blockchain e computação quântica. Ao construir segurança à prova de quantum na arquitetura do zero, Quranium garante que sua rede esteja pronta para suportar futuras ameaças quânticas. Por meio da integração de SPHINCS+ e WOTS+ (Winternitz One-Time Signature Scheme Plus), Quranium garante um nível de segurança que as plataformas DLT existentes terão dificuldade para adaptar.
Uma abordagem coordenada, integrando tecnologias de blockchain e computação quântica, como Herman sugere, poderia inaugurar uma nova era em finanças e segurança digital, onde projetos como o Quranium já estão liderando o movimento.
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