Квантові обчислення проти блокчейну: загроза чи еволюція криптографії у 2025 році

Квантові обчислення використовують принципи квантової механіки для виконання обчислень, які класичні комп’ютери не можуть ефективно розв’язати. На відміну від класичних комп’ютерів, які використовують біти зі станами 0 або 1, квантові комп’ютери використовують кубіти, що можуть перебувати в суперпозиції обох станів одночасно.

🔍 Аналогія: Як працює квантовий підхід

Уявіть це як різницю між спробою відкрити замок, перебираючи всі можливі комбінації (класичний підхід), і використанням рентгена для миттєвого бачення внутрішнього механізму (квантовий підхід).

📊 Ключові цифри квантової загрози

• 2330 логічних кубітів – для зламу Bitcoin ECDSA
• 4000 логічних кубітів – для зламу RSA-2048
• 20 млн – 1 млрд фізичних кубітів – реальна потреба з корекцією помилок
• 2033-2037 роки – прогнозований термін появи загрози

⚡ Алгоритм Гровера та майнінг

Алгоритм Гровера надає квадратичну перевагу у пошуку, що також впливає на процес майнінгу блокчейн-мереж. Це означає, що завдання, яке класичний комп’ютер виконував би за 1 мільйон кроків, квантовий комп’ютер з алгоритмом Гровера зможе розв’язати за 1000 кроків.

🎯 Підсумок розділу

Квантові обчислення використовують кубіти та суперпозицію для експоненціального прискорення розв’язання математичних задач, що становить пряму загрозу для сучасних криптографічних алгоритмів RSA та ECDSA, які захищають блокчейн-мережі.

🔢 Математична складність

Ці технології здавалися незламними через математичну складність факторизації великих чисел. Числа, що використовуються в цих алгоритмах, мають понад 77 цифр, тоді як кількість атомів у відомому Всесвіті становить лише близько 18 цифр.

✅ Переваги сучасних алгоритмів

• ML-KEM – компактні ключі та висока швидкість
• HQC – резервний захист з іншою математичною основою
• Восьмирічна перевірка світовою криптографічною спільнотою
• Практична застосовність у реальних системах

🎯 Підсумок розділу

Еволюція криптографії від RSA (1978) до постквантових алгоритмів NIST (2024) показує, як технологічні прориви змушують розробляти нові захисні механізми. Сучасні стандарти вирішують проблеми попередніх спроб через ретельне тестування та практичну оптимізацію.

⚠️ Важлива різниця

Проблема полягає не лише в кількості кубітів, але й у їхній якості та здатності підтримувати когерентність протягом тривалих обчислень. Реальна кількість фізичних кубітів може становити мільйони через потреби корекції помилок.

🚨 Попередження BlackRock

У травні 2025 року глобальний менеджер активів BlackRock додав попередження до свого Bitcoin Trust (IBIT), заявивши, що квантові обчислення становлять значний ризик для довгострокової безпеки Bitcoin через здатність зламувати поточні криптографічні захисти.

💡 Мінікейс: Проблема старих Bitcoin-адрес

🎯 Підсумок розділу

Криптографічно-релевантні квантові комп’ютери очікуються між 2033-2037 роками. Bitcoin та Ethereum найбільш уразливі через використання ECDSA, особливо 37% біткоїнів на старих адресах. BlackRock вже визнав квантову загрозу офіційним ризиком.

🎯 Мета постквантової криптографії

Розробити криптографічні системи, які є безпечними як проти квантових, так і проти класичних комп’ютерів, і можуть взаємодіяти з існуючими протоколами зв’язку та мережами.

📊 Дослідження Capgemini

Дві третини компаній зараз вважають квантові обчислення найкритичнішою кіберзагрозою на найближчі 3-5 років, і 65% організацій стурбовані атаками типу “збери зараз, розшифруй пізніше”.

💰 Інвестиції уряду США

Уряд США оцінив вартість переходу пріоритетної чутливої інформації на постквантове шифрування приблизно в $7.1 мільярда між 2025 і 2035 роками.

⏰ Регуляторні терміни

• Австралія – визначить старі алгоритми застарілими до 2030 року
• NIST – розробляє график виведення на 2035 рік
• Очікувані загрози – між 2033 і 2037 роками

🎯 Підсумок розділу

Індустрія активно готується до квантової ери через стандарти NIST, гібридні системи та інвестиції в $7.1 млрд. Ключові проекти як Algorand та QANplatform вже впроваджують постквантові рішення, а регулятори встановлюють терміни до 2030-2035 років.

🔬 Дослідження D-Wave

Дослідники D-Wave розробили та протестували прототип блокчейну, який використовує квантові комп’ютери для виконання майнінгу через новий механізм консенсусу під назвою “доказ квантової роботи”.

⚠️ Проблема надійності

Для вирішення проблеми ненадійності квантових результатів дослідники впровадили “ймовірнісну валідацію”. І майнер, і валідатор використовують рівні статистичної довіри для оцінки дійсності квантового хешу.

🌱 Екологічні переваги

Bitcoin-майнінг, за прогнозами, споживатиме майже 176 тераватт-годин електроенергії у 2024 році – більше за річне споживання електроенергії Швеції. Квантові блокчейни можуть радикально знизити це споживання.

QRL готується до переходу на мережу Proof-of-Stake (PoS), запланованого на Q1 2025 року. З новою PoS мережею QRL стає сумісною з Ethereum Virtual Machine (EVM), що означає можливість міграції ERC20 токенів у квантово-безпечний ланцюжок.

Розробила революційну технологію pQKD (patented Quantum Key Distribution), яка емулює протоколи квантового розподілу ключів з високою точністю, інтегруючи стандартизовані постквантові алгоритми.

Вже захищає всю історію ланцюжка за допомогою FALCON підписів. У 2022 році представив State Proofs – постквантові безпечні компактні сертифікати, які засвідчують зміни стану реєстру кожні 256 раундів.

🎯 Підсумок розділу

Квантові блокчейни демонструють 75% ефективність при радикально меншому енергоспоживанні та природній стійкості до квантових атак. Проекти як QRL, Algorand та D-Wave вже впроваджують практичні рішення, створюючи основу для майбутнього блокчейн-індустрії.

🗣️ Позиція скептиків

Експерти такі як Адам Бек та Майкл Сейлор стверджують, що квантові загрози для Bitcoin наразі не є предметом занепокоєння, оскільки такі застосування потребують передових квантових апаратних засобів, розробка яких може тривати роки, якщо не десятиліття.

📏 Масштаб проблеми

Розрив між теоретичними вимогами (2,330 логічних кубітів) та практичною реалізацією (мільйони-мільярди фізичних кубітів) залишається величезним.

📊 Статистика ігнорування

Попри те, що 30% організацій ігнорують квантову загрозу, для деяких застосувань з низькою вартістю активів витрати на квантові атаки можуть перевищувати потенційну вигоду.

✅ Додаткові переваги підготовки

• Покращення загальної безпеки систем
• Модернізація застарілих технологій
• Розвиток нових криптографічних навичок
• Досягнення крипто-агільності

⚖️ Принцип розумної обережності

Навіть якщо ймовірність квантової загрози становить лише 10-20%, потенційні наслідки настільки катастрофічні ($3 трлн збитків), що виправдовують превентивні заходи та інвестиції в захист.

🎯 Підсумок розділу

Хоча скептики мають обґрунтовані аргументи про технічні складності, принцип розумної обережності при потенційних збитках у $3 трлн та прискорені темпи розвитку (Google Willow) виправдовують активну підготовку до квантової ери.

❌ Помилка №1: Повне ігнорування квантової загрози

⚠️ Помилка №2: Передчасний перехід на незрілі алгоритми

🔮 Помилка №3: Покладання виключно на квантову криптографію

✅ Правильний підхід

🎯 Підсумок розділу

Три критичні помилки – ігнорування загрози (30% організацій), поспішне впровадження незрілих рішень (приклад SIKE) та надмірне покладання на дорогу квантову криптографію ($100K-500K/км) – можуть коштувати мільйони доларів. Правильний підхід: гібридні системи з офіційними NIST стандартами.

📈 Тенденція патентування

Якщо кількість патентних заявок, пов’язаних виключно з блокчейном, має тенденцію до зниження, то сфери, що поєднують блокчейн та квантові технології, демонструють постійне зростання.

🚀 QANplatform – піонер квантової стійкості

Серед перших блокчейнів, спеціально створених для квантової стійкості, використовує решітчасту криптографію CRYSTALS-Dilithium.

📊 Прогнози ринку

Квантові обчислення займуть левову частку глобального доходу, оціненого до $97 млрд до 2035 року. Світовий ринок блокчейну зріс у 49 разів з 2023 року та може досягти $825 млрд до 2032 року.

💡 Мінікейс: Переваги раннього впровадження

🔮 Перспективи доступності

Від 2025 року очікуються більше регуляцій та вимог відповідності від NIST та інших національних агентств кібербезпеки для міжсекторального переходу. Це стимулюватиме масове виробництво та зниження цін на квантово-стійкі рішення.

🎯 Підсумок розділу

Квантова революція кардинально змінює інвестиційні стратегії з 20-50% зростанням вкладень у постквантові технології. Ринок очікує $97 млрд до 2035 з значним зниженням цін на HSM-модулі ($3K-15K) та раннім впровадженням, що економить до 60% витрат.