Vitalik Buterin, fundador de Ethereum, ha iniciado el debate de la protección de esta blockchain de las posibles amenazas de la computación cuántica. En un hilo de discusión, Buterin propone un método para proteger los saldos de los usuarios en caso de una «emergencia cuántica». Vitalik se está adelantando a acontecimientos futuros y busca soluciones para evitar que la cada vez más cercana computación cuántica ponga en riesgo los fondos de compañías y usuarios que se mueven a diario dentro del ecosistema de Ethereum.

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Se trata de actuar antes de que alguien pueda romper Ethereum con un computador cuántico. Este el es motivo que ha llevado a Buterin a iniciar una discusión en el foro de desarrolladores. Que Vitalik haya iniciado esta propuesta no significa que Ethereum esté en un peligro inminente, ya que las computadoras cuánticas aún están en fase de investigación y, de momento, no es algo que cualquiera pueda tener en su casa. Sin embargo, el fundador de Ethereum entiende que las medidas para proteger la red deben empezar a implementarse.

Para ello, Buterin hace un recuento de las bases criptográficas que protegen a Ethereum y a otras criptomonedas como Bitcoin. La criptografía asimétrica y ciertas medidas para endurecer la criptografía contra ataques cuánticos ya han sido ampliamente implementados en las criptomonedas. Por ejemplo, las claves privadas de Ethereum y Bitcoin usan criptografía asimétrica y puede romperse fácilmente con la computación cuántica. Sin embargo, en Bitcoin y Ethereum las claves públicas no se usan de forma directa, sino que se utiliza su representación en hash, que es lo que conocemos como dirección de criptomoneda. El hash las hace resistentes a la computación cuántica. Resistentes, pero no irrompibles.

zk-STARK al rescate

Buterin indica que un modelo de protección de saldos para este tipo de casos de emergencia incluiría inhabilitar las transacciones desde el punto conocido de ataque. Este punto sería donde se detecta que la red está siendo atacada. La idea es evitar movimientos de saldos no autorizados por parte del atacante que esté utilizando un computador cuántico.

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Asimismo, para recuperar el acceso a dichos saldos y realizar operaciones de forma normal, se debe completar una serie de pruebas zk-STARK que solo los usuarios y dueños legítimos de dichas cuentas pueden completar. Recordemos que zk-STARK es un tipo de criptografía que es resistente a la computación cuántica, aunque también se podrían usar otros tipos de criptografía con dichas capacidades, como zk-SNARK o criptografía homomórfica.

Finalmente, Buterin explica que para implementar todo esto sería necesario un hard fork que «podría empezar a construirse mañana mismo». El objetivo de Vitalik es preparar a Ethereum para una emergencia cuántica.

¿Cómo defendernos de la computación cuántica?

La idea propuesta de Buterin es bastante compleja, ya que se trata de afrontar uno de los mayores dilemas criptográficos a los que nos enfrentamos actualmente. Recordemos que la computación cuántica es una rama de la computación en la que se usa el estado cuántico de los átomos (o su representación algorítmica o por hardware). Se hace así con la finalidad de procesar grandes cantidades de información haciendo uso de las propiedades cuánticas de la materia. Especialmente, de la capacidad de la superposición, que es la capacidad de estar en varios estados en un mismo momento.

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Cuando hablamos de grandes cantidades de información, hablamos de cosas increíblemente complejas. Por ejemplo, Google Sycamore, el procesador cuántico creado por la división de IA de Google, es el computador cuántico más potente en la actualidad, con 53 qubits de poder procesamiento (más adelante explicaremos que son qubits).

Este computador es capaz de ejecutar en apenas 200 segundos los cálculos necesarios para un problema de física cuántica muy complejo. En comparación, los supercomputadores digitales (no cuánticos) de Google hubieran tardado más de 47 horas en realizar todo ese procesamiento de datos.

El nivel de potencia de un computador cuántico representa un gran peligro para las criptomonedas. Un computador cuántico, con la suficiente potencia y la programación necesaria, podría calcular las claves privadas de cualquier dirección de criptomoneda existente, vaciar el monedero y seguir con la siguiente víctima.

 ¿Cómo es posible semejante poder computacional?

Para entenderlo en su forma más básica es importante conocer dos conceptos básicos de computación digital y cuántica. Estos dos conceptos te servirán a entender el alcance de todo esto.

La computación digital actual (la que utilizas todo el tiempo con tu PC o smartphone) es binaria. Es decir, todo está representado utilizando 0 y 1. Estos 0 y 1 son llamados bits y de allí viene esa nomenclatura que nos dice 8 bits, 16 bits, 32 bits o 64 bits. Por ejemplo, un dato binario de 16 bits se puede representar como una cadena de 16, 0 y 1.  Un ejemplo práctico de un número de 16 bits sería:

0101110010101011, lo que equivale a 23723

Para ayudarte a comprender mejor, 16 bits pueden representar números que van desde 0 hasta 65536 (si hablamos solo de números positivos). Así, una computadora digital representa y lee estos números de forma secuencial yendo desde la posición 0 hasta la posición 15, en cada ciclo de reloj, y al final te ofrece la salida de datos (0101110010101011 = 23723). Un punto importante aquí es cada bit puede representar solo un estado: o es 0 o es 1, no se pueden representar los dos estados a la vez.

A qubits cuánticos

En un computador cuántico esto no sucede así. En un computador cuántico los quantum bits o qubits son el reflejo de nuestros bits digitales (los binarios 0 y 1), aunque con una pequeña diferencia: cada qubit puede representar 2 o más estados a la vez.

Es decir, un qubit puede valer 0 y 1 al mismo tiempo, gracias a la superposición. Generalmente, las computadoras cuánticas actuales usan quantum bits con dos estados (representando 0 y 1 al mismo tiempo) y a esto se le conoce como «qubit físico». De esta manera, una computadora cuántica es capaz de representar cientos de miles de valores en cada ciclo, mientras que una computadora digital solo puede representar uno.

Recuerdas la mención de Google Sycamore, pues este equipo de 53 qubits, se calcula que es 1,28 millones de veces más potente que la supercomputadora Summit. Incluso cuando no está del todo optimizada y que aún es posible aumentar la cantidad de qubits del computador, haciéndolo aún más potente.

Llegarán

El primero que se preocupó por el peligro de la computación cuántica en el ecosistema blockchain fue el propio Satoshi Nakamoto, que en 2009 ya lo previó. De ahí, la medida de usar hash para proteger las claves públicas y el por qué de las  direcciones de criptomonedas tal y como las conocemos ahora.

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Lo mismo pasa con proyectos como Monero y Zcash, cuyos avances en criptografía también son resistentes a la computación cuántica. De hecho, fueron los primeros proyectos en aplicar nuevas tecnologías en este sentido. Por ejemplo, Zcash es el padre de las zk-SNARKs y de las pruebas de conocimiento cero.

En la actualidad, la llegada de la criptografía homomórfica y proyectos como Zama, prometen protegernos contra los peligros de la computación cuántica. Una amenaza que poco a poco estamos empezando a ver de manera más nítida en el mundo cripto y en el mundo digital en general.