Александр Цихилов - Блокчейн. Принципы и основы

сервисах». Подобные услуги необходимы для заключения важных сделок, к

которым привлекается третья арбитражная сторона, гарантирующая своей

подписью надлежащее исполнение обязательств контрагентами по сделке.

Значительное распространение различные алгоритмы формирования ЭЦП

получили именно в блокчейн-средах. Являясь краеугольным камнем всего

технологического процесса, цифровые подписи гарантируют пользователям

распределенной сети права собственности на криптоактивы, осуществляя

защиту целостности помещаемой в систему информации. Безусловно, вопросы

безопасности и неуязвимости к взломам этого метода защиты информации

всегда выходят на первый план.

В предыдущей главе отмечалось, что первый предложенный алгоритм

шифрования с открытым ключом (алгоритм Диффи–Хеллмана) не имел

возможности формирования цифровой подписи. Однако последующие за ним

алгоритмы факторизации или дискретного логарифмирования, включая

эллиптическую криптографию, как нельзя лучше подходят для этой цели. Тем

не менее не следует пребывать в уверенности, что даже столь криптостойкие

алгоритмы, как ECDSA, ожидает безоблачное будущее, поскольку ученые

готовят для всего криптографического мира сюрприз в виде так называемых

квантовых компьютеров. Именно этот тип нетривиальных вычислительных

устройств может создать серьезную угрозу всем популярным алгоритмам

шифрования. Что же представляет собой такое явление, как квантовый

компьютер, и почему криптографическим алгоритмам следует его опасаться?

Квантовые вычисления

Возможности взлома криптографических алгоритмов, а именно — попытки

восстановить секретный ключ из открытого, всегда были ограничены

вычислительной мощностью компьютеров. Производительность процессоров с

годами постоянно росла, но вместе с ней также росла и криптостойкость

алгоритмов. Иными словами, задача взлома с каждым днем пропорционально

усложнялась, и казалось, что этой гонке не будет конца. Однако за последние

годы перед технологами, производящими электронные компоненты на

интегральных схемах, в первую очередь микропроцессоры, начали явственно

очерчиваться физические пределы дальнейшего уменьшения размера

транзистора как базового элемента электронной схемы. По состоянию на 2018

год позднейшие разработки в области полупроводниковых технологий

позволяют массово создавать микропроцессоры на базе 10-нанометрового

технологического процесса. По крайней мере, компания Samsung уже

использует эту технологию в своих смартфонах, в то время как компания Intel все еще продолжает делать процессоры для персональных компьютеров по

технологии 14 нм. В любом случае технология изготовления транзистора

постепенно приближается к атомным размерностям, при том, что одного атома

явно недостаточно, чтобы из него сделать транзистор.

Последние новости из мира науки сообщают, что ученым удалось создать

транзистор всего из семи атомов, и уменьшать это число далее уже едва ли

возможно. Дело в том, что размер одного атома кремния оценивают в 0,2

нанометра, но одновременно с этим считается, что из-за физических

ограничений минимально возможный размер затвора кремниевого транзистора

составляет 5 нанометров. О чем это говорит? О том, что небезызвестный закон

Мура, согласно которому производительность процессоров удваивается

каждые 18 месяцев, практически достиг своего физического предела. Что, в

свою очередь, отразится на максимально возможной вычислительной

мощности компьютеров, которая также перестанет пропорционально

увеличиваться, как это происходило ранее. В результате прогресс во взломе

криптостойких алгоритмов шифрования постепенно сойдет на нет, и все

текущие проекты, построенные на базе этих алгоритмов, смогут наконец

почувствовать себя в безопасности. Однако так ли это на самом деле?

Если классическая технология создания компьютеров упирается в свой предел

развития, значит, следует искать решения по дальнейшему увеличению

производительности в принципиально новых научно-технологических

направлениях. Наиболее перспективной областью в части поиска

возможностей для существенного роста производительности вычислений в

настоящий момент считаются так называемые квантовые компьютеры.

Квантовые компьютеры — это вычислительные устройства, существенно

отличающиеся от привычной для нас архитектуры двоичной логики. В

классическом представлении мельчайшая ячейка памяти, называемая битом, может принимать устойчивые значения либо нуля, либо единицы. В квантовом

же компьютере биты имеют квантовую природу и называются «кубитами». В

роли таких кубитов могут выступать, например, направления спинов

субатомных частиц, а также различные состояния внешних электронов или

фотонов. Чтобы не углубляться в основы квантовой механики, мы не станем

подробно рассматривать физическое устройство квантового компьютера, а

отметим лишь некоторые свойства, отличающие его от компьютера

классического.

В 1931 году австрийский физик Эрвин Шредингер предложил мысленный

эксперимент, в котором он помещал условного кота в стальную камеру, где

находилось устройство с радиоактивным атомным ядром, а также колба с

ядовитым газом. По условиям эксперимента атомное ядро в течение часа

может ожидать распад с вероятностью 50%. Если это происходит, то

срабатывает механизм, разбивающий колбу, после чего кот погибает. Но если

распад ядра все же не случился, тогда кот остается цел и невредим. Смысл

этого эксперимента в том, что внешний наблюдатель никогда точно не знает, распалось ли ядро и жив ли кот, до тех пор, пока не откроет сам ящик, а до

этого момента считается, что кот и жив, и мертв одновременно.

Понятно, что ни одна сущность в нашем мире не может находиться в двух

разных состояниях в один и тот же момент времени. Поэтому правильнее было

бы сказать, что кот находится в так называемом состоянии «суперпозиции», в

котором все возможные варианты состояния принимаются с различной

степенью вероятности. При этом сумма вероятностей всех возможных

состояний обязательно должна быть равна 100%. То же самое можно отнести

и к принципу работы кубита квантового компьютера — он таким же образом

может находиться в состоянии суперпозиции, принимая одновременно

значения логического нуля и единицы. До момента непосредственного

измерения состояния кубита его точное значение наблюдателю неизвестно, а

после измерения и получения результата кубит сразу же фиксируется в