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Calcul Quantique vs Cryptographie Blockchain – Faits, Mythes et Synergies

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Calcul Quantique vs Cryptographie Blockchain – Faits, Mythes et Synergies

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Le plus grand danger de l'informatique quantique pour les réseaux Blockchain est son
capacité à casser le cryptage traditionnel.

Lorsqu’il a été prétendu, Google avait envoyé des ondes de choc autour d’Internet. Il avait construit un ordinateur quantique capable de résoudre des calculs mathématiques impossibles auparavant. Google affirme que son expérience est le premier défi expérimental contre la thèse élargie Church-Turing – également connue sous le nom de thèse de calculabilité – qui prétend que les ordinateurs traditionnels peuvent effectivement réaliser tout modèle de calcul «raisonnable».

Qu'est-ce que l'informatique quantique?

L'informatique quantique est le domaine d'étude axé sur le développement de l'ordinateur
technologie basée sur les principes de la théorie quantique. Suivant les lois de la physique quantique, l'ordinateur quantique gagnerait une énorme puissance de traitement grâce à sa capacité à se trouver dans plusieurs états et à effectuer des tâches en utilisant simultanément toutes les permutations possibles.

Une comparaison de l'informatique classique et quantique

L'informatique classique repose, à son niveau ultime, sur les principes exprimés par l'algèbre de Boole. Les données doivent être traitées dans un état binaire exclusif à tout moment ou en bit. Bien que le temps nécessaire à chaque transistor ou condensateur soit 0 ou 1 avant que les états de commutation ne soient mesurables est maintenant mesurable en milliardièmes de seconde, il existe toujours une limite quant à la rapidité avec laquelle ces dispositifs peuvent être transformés en état de commutation. Au fur et à mesure que nous progressons vers des circuits plus petits et plus rapides, nous commençons à atteindre les limites physiques des matériaux et le seuil d'application des lois classiques de la physique. Au-delà, le monde quantique prend le relais. Dans un ordinateur quantique, un certain nombre de particules élémentaires telles que des électrons ou des photons peuvent être utilisés, leur charge ou leur polarisation jouant le rôle de représentation de 0 et / ou 1. Chacune de ces particules est connue sous le nom de bit quantique ou qubit. la nature et le comportement de ces particules forment la base de l'informatique quantique.

Superposition quantique et enchevêtrement

Les deux aspects les plus importants de la physique quantique sont les principes de superposition et d’enchevêtrement.

Superposition: Pensez à un qubit en tant qu'électron dans un champ magnétique. le
Le spin d'électron peut être soit aligné sur le champ, connu sous le nom d'état de spin-up, soit opposé au champ, connu sous le nom d'état de spin-down.
Selon la loi quantique, la particule entre dans une superposition d'états, dans
qui se comporte comme s’il se trouvait simultanément dans les deux états. Chaque qubit
utilisé pourrait prendre une superposition de 0 et 1.

Enchevêtrement: les particules qui ont interagi à un moment donné conservent une
type de connexion et peuvent être entremêlés deux à deux, selon un processus appelé corrélation. Connaître l'état de spin d'une particule enchevêtrée (haut ou bas) permet de savoir que le spin de son partenaire est dans la direction opposée. L'intrication quantique permet aux qubits séparés par des distances incroyables d'interagir instantanément (sans se limiter à la vitesse de la lumière).

Peu importe la distance qui sépare les particules en corrélation, elles resteront enchevêtrées tant qu'elles seront isolées. Pris ensemble, la superposition et l’enchevêtrement quantiques créent un environnement informatique considérablement amélioré.
Puissance. Dans un ordinateur ordinaire, un registre 2 bits ne peut stocker qu’une des quatre configurations binaires (00, 01, 10 ou 11) à un moment donné, un
s'inscrire dans un ordinateur quantique peut stocker les quatre nombres simultanément, car chaque qubit représente deux valeurs. Si davantage de qubits sont ajoutés, la capacité accrue est étendue de manière exponentielle

Problèmes avec les ordinateurs Quantum

Ingérence
Au cours de la phase de calcul d’un calcul quantique, la moindre perturbation d’un système quantique (disons un photon parasite ou une onde de rayonnement électromagnétique) provoque l’effondrement du calcul quantique, processus appelé «décohérence». Un ordinateur quantique doit être totalement isolé de toute interférence externe pendant la phase de calcul.

Correction des erreurs
Compte tenu de la nature de l'informatique quantique, la correction d'erreur est
ultra-critique – même une seule erreur dans un calcul peut entraîner la
validité de l'ensemble du calcul à s'effondrer.

Observance de sortie
Étroitement liée aux deux ci-dessus, la récupération des données de sortie après un quantum
le calcul est complet risque de corrompre les données.

Qu'est-ce que la suprématie quantique?

Selon le Financial Times, Google affirme avoir construit avec succès le plus puissant ordinateur quantique au monde. Selon les chercheurs de Google, cela signifie que des calculs dont l’exécution dure habituellement plus de 10 000 ans, que son ordinateur est capable de faire en environ 200 secondes, pourraient signifier Blockchain et que le cryptage qui le sous-tendait pourrait être rompu.

La cryptographie asymétrique utilisée en crypto repose sur des paires de clés, à savoir une clé privée et une clé publique. Les clés publiques peuvent être calculées à partir de leur contrepartie privée, mais pas l'inverse.

Ceci est dû à l'impossibilité de certains problèmes mathématiques. Les ordinateurs quantiques sont plus efficaces pour ce faire en termes de magnitudes et si le calcul est effectué dans l’autre sens, le schéma complet sera brisé.

Il semblerait que Google est encore loin de construire un ordinateur quantique qui pourrait constituer une menace pour la cryptographie Blockchain ou un autre cryptage.

"Le supercalculateur de Google dispose actuellement de 53 qubits", a déclaré Dragos Ilie, chercheur en calcul quantique et cryptage à l'Imperial College de Londres.

"Pour avoir un effet sur Bitcoin ou sur la plupart des autres systèmes financiers, il faudrait au moins 1 500 qubits et le système doit permettre leur enchevêtrement", a déclaré Ilie.

Dans l’intervalle, la mise à l’échelle des ordinateurs quantiques est "un énorme défi", selon Ilie.

Les réseaux de chaînes de blocs, y compris l’architecture de Bitcoin, reposent sur deux algorithmes: l’algorithme de signature numérique à courbe elliptique (ECDSA) pour les signatures numériques et le SHA-256 en tant que fonction de hachage. Un ordinateur quantique pourrait utiliser l’algorithme de Shor pour extraire votre clé privée de votre clé publique, mais les estimations scientifiques les plus optimistes disent que même si cela était possible, cela ne se produira pas au cours de cette décennie.

«Une clé cryptographique à courbe elliptique de 160 bits pourrait être brisée sur un ordinateur quantique en utilisant environ 1 000 bits tout en factorisant le module RSA 1024 bits équivalent en termes de sécurité nécessiterait 2 000 bits par seconde».

En comparaison, les maigres 53 qubits de Google ne sont toujours pas compatibles avec ce type de cryptographie. Selon un document de recherche sur le sujet publié par l'Université Cornell.

Mais cela ne veut pas dire qu’il n’ya aucune raison de s’alarmer. Bien que les algorithmes de chiffrement natifs utilisés par les applications de Blockchain soient sécuritaires pour le moment, le fait est que le rythme des progrès de la technologie quantique augmente, ce qui pourrait, à terme, constituer une menace. "Nous prévoyons que leur puissance de calcul continuera de croître à un double taux exponentiel", ont expliqué les chercheurs de Google.

Cryptographie quantique?

La cryptographie quantique utilise la physique pour développer un système cryptographique parfaitement sécurisé, sans connaissance de l'expéditeur ou du destinataire des messages.

Le mot quantique lui-même fait référence au comportement le plus fondamental des plus petites particules de matière et d'énergie.

La cryptographie quantique est différente des systèmes cryptographiques traditionnels en ce qu'elle repose davantage sur la physique que sur les mathématiques, en tant qu'aspect essentiel de son modèle de sécurité.

La cryptographie quantique repose essentiellement sur l'utilisation de particules / ondes de lumière individuelles (photon) et de leurs propriétés quantiques intrinsèques pour développer un cryptosystème incassable (car il est impossible de mesurer l'état quantique d'un système sans le perturber.)

La cryptographie quantique utilise des photons pour transmettre une clé. Une fois la clé transmise, le codage et le codage à l'aide de la méthode de clé secrète normale peuvent avoir lieu. Mais comment un photon devient-il une clé? Comment attachez-vous des informations à la rotation d'un photon?

C'est ici que le code binaire entre en jeu. Chaque type de spin d'un photon représente une information – généralement un 1 ou un 0, pour le code binaire. Ce code utilise des chaînes de 1 et de 0 pour créer un message cohérent. Par exemple, 11100100110 pourrait correspondre à h-e-l-l-o. Ainsi, un code binaire peut être attribué à chaque photon – par exemple, un photon ayant un spin vertical (|) peut être affecté d'un 1.

«Si vous le construisez correctement, aucun pirate informatique ne pourra pirater le système. La question est de savoir ce que signifie le construire correctement », a déclaré le physicien Renato Renner de l’Institut de physique théorique de Zurich.

Un chiffrement normal, non quantique, peut fonctionner de différentes façons, mais en général, un message est crypté et ne peut être décrypté qu’à l’aide d’une clé secrète. L'astuce consiste à vous assurer que les personnes à qui vous essayez de cacher votre communication ne mettent pas la main sur votre clé secrète. Pour déchiffrer la clé privée dans un système de cryptographie moderne, il faudrait généralement déterminer les facteurs d'un nombre qui est le produit de deux nombres premiers incroyablement énormes.

Les nombres sont choisis si grands que, avec la puissance de traitement donnée des ordinateurs, il faudrait plus de temps que la durée de vie de l'univers pour qu'un algorithme factorise leur produit.

Les techniques de chiffrement ont leurs vulnérabilités. Certains produits, appelés clés faibles, sont plus faciles à factoriser que d’autres. De plus, la loi de Moore augmente continuellement la puissance de traitement de nos ordinateurs. Plus important encore, les mathématiciens développent constamment de nouveaux
algorithmes permettant une factorisation plus facile.

La cryptographie quantique évite tous ces problèmes. Ici, la clé est cryptée dans une série de photons qui sont transmis entre deux parties essayant de partager des informations secrètes. Le principe d’incertitude de Heisenberg stipule qu’un adversaire ne peut pas regarder ces photons sans les modifier ou les détruire.

"Dans ce cas, peu importe la technologie utilisée par l'adversaire, ils ne pourront jamais enfreindre les lois de la physique", a déclaré le physicien Richard Hughes du Laboratoire national Los Alamos au Nouveau-Mexique, qui travaille sur la cryptographie quantique.

Ahmed Banafa, Auteur des livres:

Références:

https://www.forbes.com/sites/billybambrough/2019/10/02/could-google-be-about-to-break-bitcoin/#1d78c5373329

https://decrypt.co/9642/what-google-quantum-computer-means-for-bitcoin/

https://www.coindesk.com/how-should-crypto-prepare-for-googles-quantum-supremacy?

https://www.ccn.com/google-quantum-bitcoin/

https://www.linkedin.com/pulse/20140503185010-246665791-quantum-computing/

https://www.linkedin.com/pulse/20140608053056-246665791-understanding-quantum-cryptography/

https://ai.googleblog.com/2019/10/quantum-supremacy-using-programmable.html

https://qudev.phys.ethz.ch/static/content/QSIT15/Shors%20Algorithm.pdf

Image: Pixabay



Traduction de l’article de Ahmed Banafa : Article Original

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