Les ordinateurs quantiques constituent une menace imminente pour la sécurité de Bitcoin

Bitcoin prend le monde d'assaut. La monnaie numérique décentralisée est une plateforme de paiement sécurisée que tout le monde peut utiliser. Il est libre de toute ingérence gouvernementale et exploité par un réseau ouvert d'égal à égal.

Cette indépendance est l'une des raisons pour lesquelles Bitcoin est devenu si populaire, entraînant une forte augmentation de sa valeur. Début 2017, un seul bitcoin valait environ 1 000 $. En novembre 2017, ce montant était passé à environ 7 000 $. En effet, la valeur totale du marché de la crypto-monnaie est d'environ 150 milliards de dollars.

Une caractéristique cruciale de Bitcoin est sa sécurité. Les bitcoins ont deux fonctions de sécurité importantes qui les empêchent d'être volés ou copiés. Les deux sont basés sur des protocoles cryptographiques difficiles à déchiffrer. En d'autres termes, ils exploitent des fonctions mathématiques, comme la factorisation, qui sont faciles dans un sens mais difficiles dans l'autre, du moins pour un ordinateur classique ordinaire.

Mais il y a un problème à l'horizon. Les ordinateurs quantiques peuvent facilement résoudre ces problèmes. Et les premiers ordinateurs quantiques sont actuellement en cours de développement.

Cela soulève une question urgente : dans quelle mesure Bitcoin est-il sécurisé face aux types d'attaques quantiques qui seront possibles dans les prochaines années ?

Aujourd'hui, nous obtenons une réponse grâce au travail de Divesh Aggarwal de l'Université nationale de Singapour et de quelques copains. Ces gars-là ont étudié la menace que représentent pour Bitcoin les ordinateurs quantiques et disent que le danger est réel et imminent.

Tout d'abord un peu de contexte. Les transactions Bitcoin sont stockées dans un registre distribué qui rassemble toutes les transactions effectuées dans une période de temps spécifique, généralement environ 10 minutes. Cette collection, appelée bloc, contient également un hachage cryptographique du bloc précédent, qui contient un hachage cryptographique du précédent, et ainsi de suite dans une chaîne. D'où le terme blockchain.

(Un hachage est une fonction mathématique qui transforme un ensemble de données de n'importe quelle longueur en un ensemble de longueur spécifique.)

Le nouveau bloc doit également contenir un nombre appelé nonce qui a une propriété spéciale. Lorsque ce nonce est haché ou combiné mathématiquement avec le contenu du bloc, le résultat doit être inférieur à une valeur cible spécifique.

Compte tenu du nonce et du contenu du bloc, c'est facile à montrer, ce qui permet à n'importe qui de vérifier le bloc. Mais générer le nonce prend du temps, car la seule façon de le faire est de forcer brutalement - d'essayer des nombres les uns après les autres jusqu'à ce qu'un nonce soit trouvé.

Ce processus de recherche de nonce, appelé minage, est récompensé par des Bitcoins. L'exploitation minière est si intensive en calcul que la tâche est généralement répartie entre plusieurs ordinateurs qui partagent la récompense.

Le bloc est ensuite placé sur le registre distribué et, une fois validé, intégré à la blockchain. Les mineurs commencent alors à travailler sur le bloc suivant.

Parfois, deux groupes miniers trouvent des nonces différents et déclarent deux blocs différents. Le protocole Bitcoin stipule que dans ce cas, le bloc qui a été le plus travaillé sera intégré à la chaîne et l'autre rejeté.

Ce processus a un talon d'Achille. Si un groupe de mineurs contrôle plus de 50 % de la puissance de calcul sur le réseau, il peut toujours exploiter des blocs plus rapidement que celui qui détient les 49 % restants. Dans ce cas, il contrôle efficacement le grand livre.

S'il est malveillant, il peut dépenser deux fois les bitcoins, en supprimant les transactions afin qu'elles ne soient jamais intégrées à la blockchain. Les 49 % restants de mineurs ne sont pas plus avisés car ils n'ont aucun contrôle sur le processus d'extraction.

Cela crée une opportunité pour un propriétaire malveillant d'un ordinateur quantique mis au travail en tant que mineur Bitcoin. Si cette puissance de calcul dépasse le seuil de 50 %, il peut faire ce qu'il veut.

Alors Aggarwal et co examinent spécifiquement la probabilité qu'un ordinateur quantique devienne aussi puissant sur le réseau. Ils examinent les vitesses d'horloge projetées des ordinateurs quantiques au cours des 10 prochaines années et les comparent à la puissance probable du matériel conventionnel.

Leur conclusion sera un soulagement pour les mineurs de Bitcoin du monde entier. Aggarwal et co affirment que la majeure partie de l'exploitation minière est effectuée par des circuits intégrés spécifiques à l'application (ASIC) fabriqués par des sociétés telles que Nvidia. Ce matériel devrait conserver un avantage de vitesse par rapport aux ordinateurs quantiques au cours des 10 prochaines années environ.

Nous constatons que la preuve de travail utilisée par Bitcoin est relativement résistante à une accélération substantielle des ordinateurs quantiques au cours des 10 prochaines années, principalement parce que les mineurs ASIC spécialisés sont extrêmement rapides par rapport à la vitesse d'horloge estimée des ordinateurs quantiques à court terme, disent-ils .

Mais il y a une autre menace qui est beaucoup plus inquiétante. Bitcoin a une autre fonction de sécurité cryptographique pour s'assurer que seul le propriétaire d'un Bitcoin peut le dépenser. Ceci est basé sur les mêmes mathématiques utilisées pour les schémas de chiffrement à clé publique.

L'idée est que le propriétaire génère deux nombres : une clé privée qui est secrète et une clé publique qui est publiée. La clé publique peut être facilement générée à partir de la clé privée, mais pas l'inverse. Une signature peut être utilisée pour vérifier que le propriétaire détient la clé privée, sans révéler la clé privée, en utilisant une technique connue sous le nom de schéma de signature à courbe elliptique.

De cette manière, le destinataire peut vérifier que le propriétaire possède la clé privée et a donc le droit de dépenser le Bitcoin.

La seule façon de tromper ce système est de calculer la clé privée à l'aide de la clé publique, ce qui est extrêmement difficile avec les ordinateurs conventionnels. Mais avec un ordinateur quantique, c'est facile.

Et c'est ainsi que les ordinateurs quantiques présentent un risque important pour Bitcoin. Le schéma de signature de courbe elliptique utilisé par Bitcoin est beaucoup plus à risque et pourrait être complètement brisé par un ordinateur quantique dès 2027, disent Aggarwal et co.

En effet, les ordinateurs quantiques présentent un risque similaire pour tous les schémas de chiffrement qui utilisent une technologie similaire, qui comprend de nombreuses formes courantes de chiffrement.

Il existe des schémas de clé publique qui résistent aux attaques des ordinateurs quantiques. Il est donc concevable que les protocoles Bitcoin soient révisés pour rendre le système plus sûr. Mais il n'est pas prévu de le faire maintenant.

Bitcoin n'est pas étranger à la controverse. Il a résisté à diverses tempêtes sur sa sécurité. Mais cela ne garantit pas qu'il s'en sortira bien à l'avenir. Une chose est sûre : la pression au changement augmentera à mesure que les premiers ordinateurs quantiques puissants seront mis en ligne dans les prochaines années.

Réf : arxiv.org/abs/1710.10377 : Attaques quantiques contre Bitcoin et comment s'en protéger

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