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La tecnología blockchain ha perturbado varias industrias proporcionando soluciones de seguridad, transparencia y descentralización. Sin embargo, la alza de la computación cuántica posee amenazas únicas en las fundaciones criptográficas que respaldan la seguridad blockchain. En esta exploración a profundidad, nos encontraremos las complejidades técnicas de estas amenazas cuánticas, mostrando la luz en las vulnerabilidades matemáticas que demandan nuestra atención.
Foto por Anton Maksimov 5642.su en Unsplash
🧬El Salto Cuántico en la Computación
El Computaje Cuántico no es sólo un salto sino un salto cuántico en el mundo de la computación. Las computadoras tradicionales dependen en bits que se representan en 0 y 1, mientras que las computadoras cuánticas usan quantum bits o qubits, los cuales existen superpuestos en estados. Esto permite que puedan realizar ciertos cálculos exponencialmente más rápido que las computadoras clásicas. El progreso de la computación cuántica amenaza los algoritmos criptográficos que aseguran nuestro mundo digital, incluyendo aquellos usados en la tecnología blockchain.
🔒Las Fundaciones de la Seguridad Blockchain
La tecnología blockchain depende fuertemente de las técnicas criptográficas para asegurar la integridad de datos, confidencialidad y autenticidad. Dos conceptos criptográficos fundamentales son los riesgos para el computaje cuántico: las funciones hash y la criptografía de la clave pública.
1. Funciones Hash🔍
Las funciones Hash son herramientas criptográficas que toman un input y producen un output de tamaño fijo, conocidos como hash. Son usados en la blockchain para crear una estructura de datos segura y eficiente. Una de las vulnerabilidades críticas recae en el potencial de las computadoras cuánticas para romper las funciones hash usadas actualmente como SHA-256 (usado en Bitcoin) y SHA-3.
🧪Amenaza Cuántica: Algoritmo de Grover
El algoritmo de Grover, un algoritmo cuántico, puede buscar en una base de datos sin clasificar ítems N en el tiempo O(√N), comparado con el tiempo O(N) en los algoritmos clásicos. Esto quiere decir que las computadoras cuánticas pueden revertir eficientemente las funciones hash, comprometiendo la inmutabilidad y la seguridad de los datos de la blockchain.
Exploremos un fragmento de código simplificado, demostrando el algoritmo de Grover en acción:
from qiskit import QuantumCircuit, transpile, assemble
from qiskit.providers import Aer
# Crea un circuito cuántum con el algoritmo de Grover
grover_circuit = QuantumCircuit(2)
# Aplica el oráculo de Grover (la función que queremos buscar)
grover_circuit.h([0, 1])
grover_circuit.cz(0, 1)
grover_circuit.h([0, 1])
# Aplica la operación de la difusión de Grover
grover_circuit.z([0, 1])
grover_circuit.cz(0, 1)
grover_circuit.h([0, 1])
# Mide los qubits
grover_circuit.measure_all()
# Simula el circuito
simulator = Aer.get_backend('aer_simulator')
compiled_circuit = transpile(grover_circuit, simulator)
job = simulator.run(compiled_circuit, shots=1024)
# Obtén los resultados de las medidas
result = job.result()
counts = result.get_counts(grover_circuit)
print(counts)
Este fragmento de código, demuestra la estructura básica del algoritmo de Grover, pero adaptándolo por el reverso de la función hash en un entorno de la blockchain real, necesitaría modificaciones y recursos extensos.
2. Criptografía de la Clave Pública🔑
La criptografía de clave pública asegura la comunicación segura y las firmas digitales en las transacciones de la blockchain. Actualmente, las redes blockchain principalmente usan algoritmos como ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm, Algoritmo de Firma Digital de Curva Elíptica) y RSA (Rivest-Shamir-Adleman). Las computadoras cuánticas amenazan estos algoritmos, explotando el algoritmo de Shor.
🧪Amenaza Cuántica: Algoritmo de Shor
El algoritmo de Shor puede, eficientemente, factorizar grandes números en sus componentes principales. Esto es una amenaza significativa en las encriptaciones basadas en la RSA, ya que muchas redes blockchain usan grandes números primos en sus esquemas criptográficos.
Aquí hay un fragmento simple del código de Python, para demostrar el poder del algoritmo de Shor para factorizar un número:
from sympy import factorint
from random import getrandbits
# Genera un número al azar largo para la demostración
n = getrandbits(2048)
# Factoriza el número usando el algoritmo de Shor
factors = factorint(n)
print(factors)
Mientras este fragmento de código demuestra este concepto, el algoritmo de Shor es mucho más complejo cuando se aplica a claves RSA prácticas, usadas en la seguridad blockchain.
🔐Criptografía Cuántica Resistente
Para mitigar las amenazas cuánticas, los desarrolladores blockchain están explorando algoritmos criptográficos resistentes cuánticos. Algunas alternativas prometedoras incluyen:
Criptografía Basada en Lattice: estos esquemas criptográficos dependen de la dureza de ciertos problemas lattice, los cuales las computadoras cuánticas tienen problemas para resolver eficientemente.
Firmas Basadas en Hash: los esquemas como Lamport-Diffie, un esquema de firma de un solo uso, son considerados resistentes a la cuántica porque dependen en las funciones hash que son difíciles de revertir para las computadoras cuánticas.
Estándares de la Criptografía Post-Cuántica: organizaciones como NIST están trabajando de forma activa en la estandarización de los algoritmos criptográficos resistentes a la cuántica para varias aplicaciones, incluyendo la blockchain.
💡Contratos Inteligentes Cuánticos Seguros
Los contratos inteligentes son contratos autoejecutables con los términos de acuerdo, directamente escritos en el código. Para hacer que sean seguros a la cuántica, los desarrolladores necesitan considerar lo siguiente:
Criptografía Cuántica Resistente: usar algoritmos de criptografía cuántica resistente en el código del contrato inteligente para proteger datos y transacciones sensibles.
Administración Segura de Clave Cuántica: desarrolla sistemas de administración de claves seguras que puedan soportar ataques cuánticos. Esto incluye la rotación de claves regulares y almacenar las claves offline.
Monitoreo y Actualizaciones: mantente informado sobre los desarrollos de la computación cuántica y está preparado para actualizar los contratos inteligentes y las redes blockchain resistentes a los estándar cuánticos.
// Un contrato inteligente de Solidity simplificado, seguro a la cuántica
pragma solidity ^0.8.0;
contract QuantumSecureContract {
address public owner;
bytes32 public quantumResistantData;
constructor() {
owner = msg.sender;
}
function updateData(bytes32 newData) public {
require(msg.sender == owner, "Only the owner can update the data");
quantumResistantData = newData;
}
}
Este contrato inteligente de Solidity muestra el control de la titularidad y la función de actualización de datos en el contexto de una cuántica segura.
🚀Conclusión
Las amenazas cuánticas a la tecnología blockchain son reales y demandan medidas proactivas para asegurar que la seguridad continua y la dependencia de las redes blockchain. Los desarrolladores e investigadores están trabajando sin descanso para crear algoritmos criptográficos resistentes a la cuántica y soluciones seguras del contrato inteligente. Mientras el escenario de la computación cuántica evoluciona, también debe hacerlo el ecosistema blockchain para mantenerse por delante de vulnerabilidades potenciales. Al entender estas vulnerabilidades matemáticas y tomar acciones apropiadas, podemos navegar la era cuántica con confianza y seguridad.🌐🛡️
Este artículo fue escrito por Solidity Academy y traducido por Delia Viloria T. Su original se puede leer aquí.
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