La questione quantistica: il quantum non verrà a prendersi il tuo Bitcoin

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Da quando Bitcoin esiste, nuove forme di FUD (paura, incertezza e dubbio) sono state usate per predirne la fine. Nonostante ciò, Bitcoin è cresciuto fino a diventare un asset da migliaia di miliardi di dollari e ha iniziato a prendere il suo posto nell’ordine monetario globale. Negli ultimi mesi, lo spettro di un computer quantistico crittograficamente rilevante (CRQC) che consenta a un attaccante di ricreare chiavi segrete da chiavi pubbliche e firmare transazioni Bitcoin che spostano monete altrui è tornato come una forma evoluta di FUD. È una minaccia realistica per la crescita continua di Bitcoin? In una parola, no. Non ci sono prove che un CRQC verrà costruito entro un decennio, e rimane ignoto se una macchina del genere verrà mai costruita. La minaccia quantistica rimane FUD.

Ad oggi, nessuna macchina di calcolo quantistico ha calcolato qualcosa fuori dalla portata di un bambino precoce di 6 anni (confermato empiricamente). I computer quantistici sono una tecnologia straordinaria e mostrano capacità degne della vera fantascienza del mondo moderno. Questi dispositivi sfruttano tecnologie fondamentali come pinzette ottiche, raffreddamento laser, qubit a flusso superconduttore, trappole elettromagnetiche, refrigeratori a diluizione e molte altre. All’interno di questi dispositivi, singoli qubit vengono forzati in specifici stati subatomici (diversi per ogni tecnologia candidata), entangled in sovrapposizioni, manipolati per rappresentare calcoli, e poi le loro proprietà subatomiche vengono lette e interpretate. La verità sbalorditiva è che questi dispositivi esistono e possono essere manipolati per produrre calcoli significativi su una manciata di input. La fredda realtà è che (per una tecnologia candidata di esempio) per fare un calcolo che un bambino piccolo può fare serve energia sufficiente per climatizzare una scuola superiore del Texas, molte ore di preparazione e ulteriori ore di post-elaborazione.

So cosa stai pensando: “ma ci sono così tanti soldi che affluiscono nel calcolo quantistico”. Il denaro che affluisce in un campo è correlato al tasso di progresso tecnologico reale in quel campo? Non proprio. In effetti, si può sostenere che finché non è stata sviluppata la corretta tecnologia sottostante e non è stata confermata l’idoneità prodotto-mercato, il denaro che affluisce in un’area ha una correlazione negativa con la probabilità che venga sviluppata tecnologia applicabile. Questo si può vedere chiaramente confrontando il programma Space Shuttle della NASA con il Falcon 9 di SpaceX. SpaceX ha preso scienza (per lo più) nota e l’ha ridotta alla pratica per soddisfare un bisogno di mercato dimostrabile di accesso allo spazio affidabile e a costi inferiori, con un costo di programma inferiore a 5 miliardi di dollari fino alla prima missione con equipaggio. Lo Space Shuttle è costato circa 50 miliardi di dollari per raggiungere la sua prima missione con equipaggio. Non solo il Falcon 9 è costato un ordine di grandezza in meno da sviluppare, ma ha un record di sicurezza dell’equipaggio perfetto ad oggi. Ci sono molte ragioni per queste differenze, ma dimostra che nessuna quantità di denaro rende praticabile una tecnologia che non è pronta. Traducendo questo al calcolo quantistico: possiamo vedere che con tonnellate di denaro gettate sul problema, sono possibili dimostrazioni tecnologiche a costi enormi. Ma questo non ci dice nulla sul fatto che più denaro ci porterà il sacro graal di qubit stabili e a basso errore (come l’affidabilità del Falcon 9). Nessuna quantità di sviluppo continuato sul programma Space Shuttle avrebbe mai prodotto il basso costo e l’alta affidabilità del Falcon 9, ed è del tutto probabile che nessuna quantità di sviluppo continuato, a qualsiasi costo, renderà mai una qualsiasi delle attuali tecnologie di calcolo quantistico abbastanza affidabile da violare una singola coppia di chiavi.

Ora, potreste pensare: “ma che dire di tutti i recenti progressi?” Ci sono due cose importanti da tenere a mente riguardo ai progressi pubblicati di recente. In primo luogo, molti di questi progressi sono stati progressi solo nella matematica pura. Ad esempio, il recente articolo di Google che ha avuto un risultato così importante da spingerli a oscurare il circuito quantistico teorico piuttosto che rischiare che venisse usato per violare importanti sistemi crittografici. Questo può sembrare un enorme progresso verso il futuro dei CRQC, ma in realtà non ha cambiato nulla. A meno che (o finché) l’hardware quantistico non abbia il suo momento Falcon 9, semplicemente non esiste alcun dispositivo che si avvicini anche lontanamente alla stabilità e alla scala necessarie per eseguire il circuito oscurato. È puro teatro nascondere un circuito progettato per un dispositivo che potrebbe non esistere mai. In secondo luogo, sul fronte dell’hardware stesso, vediamo molti nuovi risultati e frammenti di progresso pubblicati in un dato anno, ma quanti di questi riguardano la stessa tecnologia candidata per il calcolo quantistico? Quanti rappresentano semplicemente un ricominciare da capo dopo che un risultato precedente si è concluso in un vicolo cieco? La realtà è che questi progressi non rappresentano una traiettoria lineare verso un eventuale successo. Rappresentano la ricerca in ampiezza di uno spazio di possibilità infinito all’interno del quale i ricercatori quantistici sperano di trovare un percorso lungo il quale procedere anche solo per una distanza modesta senza raggiungere l’ennesimo vicolo cieco.

Quando guardiamo alla realtà del futuro del calcolo quantistico, è a dir poco nebulosa. Ci sono sviluppi tecnologici promettenti. Soprattutto, ai miei occhi, nell’area dei dispositivi ad atomi neutri. Ma è fin troppo presto per dire se esista un percorso aperto verso un eventuale CRQC lungo uno qualsiasi dei rami attualmente noti o se ci attendono altri riavvii in futuro. Se, a un certo punto, vedremo molte iterazioni della stessa tecnologia candidata implementare dispositivi progressivamente più capaci, e calcolare risultati significativi che un bambino precoce non possa calcolare a sua volta, potremo rivisitare questa discussione con prove diverse.

Ci sono due possibili spiegazioni per il ripetuto fallimento della ricerca quantistica nello sviluppare un CRQC nel corso di molti decenni. È possibile che sia semplicemente un problema difficile e che stiamo continuando ad applicare scienza e ingegneria per risolverlo e che un giorno l’ingegnosità della specie umana prevarrà come è avvenuto nello sviluppo di Internet, dello smartphone, dei social media e di Bitcoin (lasciato al lettore decidere quali di questi siano sviluppi positivi). D’altro canto, potrebbe essere che sviluppare un CRQC sia impossibile o che rimarrà per sempre fuori dalla nostra portata. Considerate cosa significherebbe l’esistenza di un CRQC: la macchina dovrebbe rappresentare nella sua sovrapposizione un campo di possibilità della stessa dimensione della complessità del problema crittografico da risolvere. Cioè, per violare la sicurezza a 128 bit del logaritmo discreto su curva ellittica della curva secp256k1 di Bitcoin, la sovrapposizione quantistica dovrebbe rappresentare tutti i possibili valori di un numero a 128 bit. Nell’informatica classica, rappresentare tutti questi valori richiederebbe più memoria di calcolo (di molti ordini di grandezza) di quanta gli esseri umani ne abbiano mai prodotta. Se c’è anche la minima granularità nella sovrapposizione quantistica (cioè la sovrapposizione quantistica non è perfettamente continua su tutti i valori possibili), allora il computer quantistico non potrà mai diventare crittograficamente rilevante. Se l’energia necessaria per mantenere una sovrapposizione scala con la complessità del campo rappresentato, allora un computer quantistico non potrà mai essere crittograficamente rilevante. La comprensione contemporanea della fisica quantistica non esclude nessuna di queste possibilità.

Nonostante tutto quanto precede, lo sviluppo di Bitcoin verso nuovi algoritmi crittografici deve continuare. Sebbene un attacco quantistico alla crittografia di Bitcoin non sia affatto imminente, è del tutto possibile che un altro difetto possa essere trovato con altri mezzi. Sappiamo che alcune curve ellittiche hanno mostrato debolezze, e secp256k1 potrebbe essere la prossima. Bitcoin è sopravvissuto finora perché gli attacchi al sistema lo hanno rafforzato, e questo continuerà a essere vero mentre l’attacco FUD quantistico si dispiega. Lo sviluppo di P2MR o P2TRv2, di SHRINCS, SPHINCS, IBC, ML-DSA e di altri schemi di firma post-quantistici porterà infine a miglioramenti nella resilienza di Bitcoin di fronte ad attacchi futuri, anche se un vero CRQC non verrà mai sviluppato.

Questo pezzo è presente nell’ultima edizione cartacea di Bitcoin Magazine, The Quantum Issue. Lo condividiamo qui come anteprima delle idee esplorate nell’intero numero.

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