Primera tecnología Blockchain con seguridad cuántica probada en Moscú

El interés en las criptomonedas se encuentra actualmente en un punto álgido con bancos, empresas y gobiernos compitiendo para comprender la tecnología y cómo pueden explotarla. Como resultado, el mercado de las criptomonedas ha comenzado a crecer exponencialmente y el mes pasado alcanzó una asombrosa capitalización de mercado de $90 mil millones. Pase lo que pase a continuación, parece seguro que las criptomonedas desempeñarán un papel cada vez más influyente en el sistema financiero mundial.

Pero hay un problema en el horizonte. El gran desafío con el dinero digital es garantizar que todos lo usen honestamente. Y parece haber una solución bastante buena en forma de tecnología blockchain. Esto garantiza la honestidad utilizando técnicas criptográficas que se cree que son indescifrables, excepto por ataques de fuerza bruta.

Y ahí radica el problema. Los ataques de fuerza bruta son difíciles para las computadoras clásicas, pero serán fáciles para la próxima generación de computadoras cuánticas. El gran poder de procesamiento de números de estos dispositivos significa que tan pronto como estén disponibles, las criptomonedas serán repentinamente más vulnerables a los ataques.

Por lo tanto, una forma de asegurar la tecnología blockchain contra ataques cuánticos sería de gran utilidad.

Ingrese a Evgeny Kiktenko en el Russian Quantum Center en Moscú y algunos amigos que diseñaron, construyeron y probaron un sistema cuántico de cadena de bloques en el que la seguridad está garantizada por la mecánica cuántica. Lo han construido utilizando un sistema de criptografía cuántica estándar del tipo que ya está disponible comercialmente.

Primero algunos antecedentes. Las cadenas de bloques registran una lista de transacciones de una manera que evita el uso deshonesto, como la manipulación o el doble gasto. Permiten que cualquier computadora realice un seguimiento de esta lista al compilarlos en un bloque, que luego se cifra para formar un número llamado hash.

El proceso de cifrado es importante. Es un algoritmo que es fácil de calcular pero difícil de hacer a la inversa (como la factorización). El valor hash que produce es una propiedad única del bloque, y cualquier manipulación de los registros sería evidente de inmediato porque cambiaría el hash.

A continuación, las nuevas transacciones se reúnen en un nuevo bloque y se agregan al valor hash existente. Luego se cifra para crear un nuevo hash para el nuevo bloque. Esto se agrega a la siguiente lista de transacciones cuando se cifran, y así sucesivamente. El resultado es una cadena de bloques que contienen los valores hash de todos los bloques anteriores, de ahí el término blockchain.

Todas las computadoras que almacenan estos bloques comparan regularmente sus valores hash para asegurarse de que todos estén de acuerdo. Cualquier computadora que no esté de acuerdo, descarta los registros que están causando el problema.

Este enfoque es bueno, pero no es perfecto. Una forma de jugar con este sistema es que un usuario deshonesto cambie la lista de transacciones a su favor, pero de una manera que no modifique el hash. Esto se puede hacer por fuerza bruta, en otras palabras, cambiando un registro, encriptando el resultado y viendo si el valor hash es el mismo. Y si no, intentarlo una y otra y otra vez hasta que encuentre un hash que coincida.

La seguridad de las cadenas de bloques se basa en la creencia de que las computadoras ordinarias solo pueden realizar este tipo de ataque de fuerza bruta en escalas de tiempo que son totalmente impracticables, como la edad del universo. Por el contrario, las computadoras cuánticas son mucho más rápidas y, en consecuencia, representan una amenaza mucho mayor.

Kiktenko y compañía tienen una solución que previene ataques cuánticos de este tipo. Su tecnología blockchain es sutilmente diferente. Una transacción entre dos personas contiene la información sobre el remitente, el receptor, la hora de creación, el monto a transferir y una lista de transacciones de referencia que justifica que el remitente tiene fondos suficientes para la operación.

Luego, esta transacción se envía a todas las computadoras en la red monetaria que la almacenan hasta un tiempo previamente acordado, digamos 10 minutos, cuando las transacciones se agrupan en un bloque.

La siguiente etapa utiliza un algoritmo que permite que todas las partes acuerden que la lista de transacciones es honesta. Esto se basa en pruebas de la década de 1980 en las que todo el mundo primero comparte su información con todas las demás computadoras. Luego, comunican la información que recibieron de las otras partes en la red, lo que permite que todos vean quién dijo qué. Luego, las partes comparten esta información en otra ronda y así sucesivamente hasta que acuerden que todas las computadoras tienen la misma información.

La prueba es que siempre es posible llegar a un consenso en menos rondas que partidos, siempre que al menos dos tercios de los partidos sean honestos.

Pero en tal sistema, ¿cómo puede Alice estar segura de que está recibiendo información de Bob y viceversa? Sin esta certeza, es fácil que un usuario malintencionado juegue con el sistema haciéndose pasar por muchos usuarios diferentes.

Aquí es donde entra en juego la mecánica cuántica. Alice y Bob pueden verificar las identidades de cada uno mediante una técnica llamada distribución de clave cuántica. Este envía información utilizando partículas cuánticas como fotones, que no pueden ser copiados por un espía sin destruirlos. De esta forma, Alice y Bob pueden estar seguros de la identidad del otro.

Entonces, la base del sistema de Kiktenko y compañía es un sistema de identificación cuántica en el que cada parte puede verificar la identidad de cualquier otra de una manera garantizada por las leyes de la física. Esta firma cuántica se adjunta a todas las transacciones, por lo que es imposible manipularla.

Kiktenko y compañía dicen que han construido un sistema de este tipo utilizando el sistema de criptografía cuántica disponible comercialmente de la empresa suiza ID Quantique. Hemos desarrollado un protocolo blockchain con autenticación teóricamente segura de la información basada en una red en la que cada par de nodos está conectado por un enlace de distribución de claves cuánticas, dicen.

Y lo han probado en una red de cuatro usuarios, uno de los cuales intenta jugar con el sistema gastando el doble. Este protocolo elimina [la] transacción de doble gasto después de la segunda ronda de comunicación y permite la formación de un bloque que contiene solo transacciones legítimas, dicen Kiktenko y compañía.

Ese es un interesante experimento de prueba de principio que muestra cómo se pueden usar las técnicas cuánticas para asegurar las tecnologías de cadena de bloques.

Pero no es perfecto. En particular, supone que menos de un tercio de las partes son deshonestas. Si más de un tercio de los usuarios está de acuerdo en jugar con el sistema, se vuelve trivial hacerlo.

También existen importantes obstáculos tecnológicos para hacer que este sistema funcione a mayor escala. No menos importante es la creación de una Internet cuántica para permitir que este tipo de transacciones se realicen a largas distancias. Ese es un desafío que debe superarse dado que actualmente está siendo abordado por investigadores de todo el mundo.

La amenaza de las computadoras cuánticas es ciertamente real, y no solo para la tecnología blockchain. Cualquier información que se almacene actualmente mediante criptografía convencional se volverá insegura tan pronto como se encienda la primera computadora cuántica lo suficientemente potente.

Con la repentina fiebre por usar criptomonedas, claramente sería útil preparar la tecnología para el futuro contra esta amenaza cuántica.

Ref: arxiv.org/abs/1705.09258 : Cadena de bloques con seguridad cuántica

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