Computación cuántica ¿Un riesgo para las criptomonedas?

José Maldonado
08 JUL 2020
Computación cuántica ¿Un riesgo para las criptomonedas?
1.

Introducción

La computación es un área en la que la humanidad ha avanzado a grandes pasos los casi 100 años de su historia moderna. Todo comenzó cuando el matemático alemán David Hilbert sentó las ideas que darían paso a la Teoría de la Computabilidad que lo llevarían a él y a Kurt Gödel a uno de los más altos estudios de reconocimiento mundial por su trabajo, presentado en 1930. Esta unión de matemática, lógica y automatismo fue lo que llevó a que grandes como Turing presentarán sus famosos trabajos de computación, y definitivamente nos ayudaran a crear la mayor herramienta científica de ese siglo.

Pero los avances no terminaron allí. La idea de usar matemática, lógica y las leyes físicas para crear maquinas con enormes capacidades de procesamiento nos llevaron a otro punto de investigación interesante: la computación cuántica. Una nueva rama de la computación que sin lugar a dudas nos llevará a una era de conocimiento incalculable. Y todo gracias a que nos permitirá crear computadores más eficientes, potentes y precisos.

2.

¿Qué es la computación cuántica?

Cuando hablamos de computación cuántica nos referimos a un campo de la computación en donde la teoría matemática y lógica de su funcionamiento se traslada al mundo atómico. Es decir, es una aplicación de la mecánica cuántica en las teorías de computación, para permitirnos usar el poder del átomo y sus estados, para crear un equipo de computación y algoritmos extremadamente eficientes basados en los principios de incertidumbre, probabilidad y estados cuánticos de los sistemas.

Es una evolución enorme de la computación tradicional. Una donde nos valemos de circuitos y puertas lógicas para crear equipos. Esto junto a una programación binaria y reglas lógico-matemáticas que llevan entre nosotros mucho tiempo. En su lugar reemplazamos esto por átomos en diferentes estados de excitación energética, que representan distintos estados informativos al mismo tiempo.

Así podríamos definir que un computador cuántico es una computadora que utiliza a los qubits para realizar las operaciones en vez de los tradicionales bits de las computadoras clásicas. Esta aparente pequeña diferencia es lo que les permite a las computadoras cuánticas obtener un enorme poder computacional. Incluso la capacidad de resolver problemas que una computadora normal jamás podría resolver.

Relacionado: Desarrolladores de Bitcoin y Ethereum se preparan para computadoras cuánticas

3.

Origen de la computación cuántica

Los orígenes de esta tecnología nos llevan al año de 1981, cuando el físico estadounidense Paul Benioff expuso su teoría para aprovechar las leyes cuánticas en el entorno de la computación. Una idea revolucionaria que indicaba que, en lugar de trabajar a nivel de voltajes en circuitos electrónicos, se trabajará usando las propiedades atómicas a nivel cuántico.

De esta manera, pasaremos de representar estados usando 0 y 1 (binario) en circuitos electrónicos a usar las propiedades cuánticas de los átomos. Una situación que nos permitiría representar estados en superposición coherente. Es decir, un estado cuántico de un átomo puede representar un estado único (0 o 1) o estados múltiples al mismo tiempo (1 y 0, o 0 y 1).

Estos estados son los conocidos qubits, y nos indican la cantidad de bits (estados) que pueden estar en superposición. Así, por ejemplo, con los bits convencionales, si se tenía un registro de tres bits, había ocho valores posibles. Esto significa que el registro en cuestión sólo podía tomar uno de esos valores, y dichos valores podrían evaluarse uno a la vez.  

Pero en computación cuántica, en un vector de tres qubits, la partícula puede tomar ocho valores distintos a la vez gracias a la superposición cuántica. Lo mejor de todo es que la generación y el estudio de esos valores es una acción que se realiza de forma paralela. Esto significa que los 8 estados se estudian en un solo ciclo, y si aumentamos el número de qubits el proceso se mantiene, aumentando de forma significativa la potencia de cálculo.

4.

Beneficios y peligros

Ahora bien, la aparición de la computación cuántica ciertamente nos permite alcanzar una serie de beneficios impresionantes. Y como no podía ser de otra forma, también encierra muchos peligros.

En general, los principales beneficios de la computación cuántica vienen dados por un mejoramiento de nuestra tecnología. Hablamos que seríamos capaces de hacer enormes avances en áreas como la seguridad informática, la medicina, economía, inteligencia artificial, economía, diseño de materiales e investigación científica en distintos campos. Sin duda, sería una era de gran cantidad de nuevos conocimientos que como especie podremos alcanzar.

Sin embargo, también encierra enorme peligros. Con un computador cuántico por ejemplo, nuestros sistemas de criptografía actuales podrían romperse rápidamente. Esto haría que hackear sistemas de computación seguros sea algo muy sencillo, no solo eso, quien tenga un computador cuántico para espiarnos podría hacerlo sin problema, romper el cifrado asimétrico de nuestras comunicaciones no le supondría gran esfuerzo.

Por supuesto, podríamos hacer sistemas de criptografía cuántica que serían nuestra línea de defensa. Pero hacer de la computación cuántica algo de uso general llevará mucho tiempo, como mínimo unos 50 años más de trabajo e investigación. Ante esa perspectiva, quien logre obtener la primera computadora cuántica de uso general, tendrá un potencial en sus manos capaz de colocar la ciberseguridad del mundo en jaque. Algo que significa un riesgo enorme para todos, y que pone especialmente a las criptomonedas en un punto delicado.

5.

Criptografía de la era cuántica

Ahora bien ¿Se puede utilizar la computación cuántica para generar nuevos algoritmos de criptografía? La respuesta es sí, y de hecho es el principal uso de ciberseguridad que tiene esta nueva tecnología. El generar algoritmos de criptografía basados en el funcionamiento de esta nueva forma de computación, nos daría herramientas cuya seguridad es muy superior a cualquier sistema que tengamos en la actualidad.

De hecho, la teoría de la computación cuántica ya ha demostrado que los sistemas de cifrado cuántico serían virtualmente invulnerables a los intentos por desencriptar cualquier información. Sin embargo, esa es la teoría y nuestro actual conocimiento de la mecánica cuántica es incompleto. Debido a esto podemos seguir teniendo en mente el mantra de cualquier especialista de ciberseguridad: "Ningún sistema informático es 100% seguro, incluyendo los cuánticos".

Esto viene a ser una realidad, cuando Xiao-Ling Pang y sus colegas de la Universidad de Shanghai Jiao Tong de China, demostraron que los iniciales modelos de criptografía cuántica que conocemos pueden hackearse. Un logro que mostraron mundialmente y del cual han publicado un interesante estudio.

Esto claramente demuestra que la ciberseguridad cuántica avanza rápidamente, y gigantes como Google, IBM y Microsoft, llevan mucho camino recorrido en este sentido. Dicho esto, no pasará mucho tiempo antes de que veamos sistemas de criptografía que nos permitan usar los principios de la computación cuántica en nuestras actuales computadoras. Podemos ver esto en desarrollos como los Intel con sus FPGA Strix-V, o Qubitekk con sus aceleradores de criptografía. Dos herramientas que nos ayudan a utilizar el poder de la criptografía cuántica ahora, utilizando nuestras computadoras como una interfaz para su control.

6.

Computación cuántica y las criptomonedas

Ahora bien ¿Qué peligro significa la computación cuántica para las criptomonedas? Como hemos mencionado, la computación cuántica tiene el potencial de romper la criptografía asimétrica. Esto significa que todas y cada una de las blockchains y criptomonedas que conocemos están en riesgos.

Por supuesto, esto no significa que los proyectos de criptomonedas no sean conscientes de esto y hayan tomado acciones para corregirlo. Un buen ejemplo de esto es el mito de que Bitcoin llegará a su fin cuando la supremacía cuántica (la habilidad de crear computadoras cuántica de gran capacidad) sea alcanzada.

Este mito se sustenta en que ECDSA y SHA-256 podrían romperse con ese método. Como en todo mito, hay algo de verdad y mucho de desinformación. Por ejemplo, para romper ECDSA necesitamos de un computador cuántico con una capacidad de unos 1500 qubits, algo de lo que estamos aún muy lejos. De hecho, el sistema más potente que tenemos ahora es de solo 54 qubits, en manos de Google.  Esto echa por tierra que estamos en un peligro inminente.

En segundo lugar, en Bitcoin la creación de las transacciones del tipo del P2PKH (Pay To Public Key Hash) agrega una medida de seguridad adicional para proteger a las claves públicas de un posible ataque de este tipo. Al aplicar un hash SHA-256 y RIPEMD-160 sobre las claves públicas, logramos ofuscar la clave para evitar que se puedan atacar de forma directa. Ciertamente, no es una medida de seguridad de primer nivel, pero dificulta de forma efectiva el hecho de que un computador cuántico pueda romper la clave pública y obtener la clave privada y así ganar control sobre nuestras criptomonedas.

Relacionado: ¿La supremacía cuántica de Google destruirá a Bitcoin en 2020?

Medidas de seguridad de los proyectos de criptomoneda contra la computación cuántica

Por supuesto lo anterior es solo una parte de las medidas de seguridad que se toman para proteger la seguridad de las criptomonedas. Otros elementos están en desarrollo y alguno ya se usan para varios proyectos en la actualidad. Por ejemplo, las Pruebas de Conocimiento Cero (ZKP) tienen un enorme potencial de resistencia a la computación cuántica.

Otros esquemas conocidos por su alta resistencia son XMSS (eXtended Merkle Signature Scheme, Esquema de Firmas Extendidas de Merkle en español), el cual está completamente documentado en el RFC 8391. También podemos mencionar a SPHINCS, otro esquema de criptografía resistente a la computación cuántica. Ambos esquemas fueron diseñados por el investigador Andreas Hülsing. También podemos mencionar los proyectos que buscan usar los esquemas algorítmicos de Shor's, desarrollador por Peter Shor en 1994, para lograr alta resistencia cuántica.

7.

Conclusiones

En definitiva, nos encontramos ya en la construcción de las piezas que pueden proteger a la blockchain y las criptomonedas contra esta amenaza. Por ejemplo, en Zcash y Monero ya usan técnicas avanzadas de criptografía que son resistente a la computación cuántica. Bitcoin como hemos mencionado también ha hecho este trabajo, y sigue trabajando para implementar firmas Schnorr y Transacciones Confidenciales a su red de forma nativa. Proyectos como Ethereum se plantean cambiar sus esquemas de firmas también para hacer frente a este problema.

Pero lo que es cierto, es que la computación cuántica de momento no representa ningún problema real para la criptografía que protege a las criptomonedas. Y con ello, podemos estar tranquilo con el hecho de que estos proyectos podrán seguir protegiendo nuestro dinero tal como lo han venido haciendo. Lo mejor de todo, es saber que frente a la amenaza ya hay respuestas acordes para evitar el peligro. Algo único que mantiene la confianza en los proyectos de criptomonedas y la tecnología blockchain que los sustenta.