Cryptocurrencies zoals bitcoin hebben onlangs de verbeelding van het publiek veroverd omdat ze een opwindend alternatief bieden voor traditionele geldsystemen.

Bitcoin-transacties zijn in wezen een reeks puzzels die openbaar op de blockchain zijn opgeslagen. De puzzels die worden gebruikt om bitcoin te beschermen zijn zo complex dat de huidige computertechnologie niet krachtig genoeg is om ze te kraken.

Maar kwantumcomputers kunnen deze puzzels de komende decennia oplossen. Hier leest u hoe het met uw bitcoin kan gebeuren.

Hoe werkt de encryptie achter bitcoin?

Traditionele valuta's vertrouwen op vertrouwde tussenpersonen zoals banken om alle geldtransacties te verifiëren en vast te leggen. De cryptocurrency-economie vertrouwt in plaats daarvan op een openbaar grootboek - de blockchain - dat wordt onderhouden door alle eerlijke deelnemers aan het bitcoin-netwerk.

Banken zijn doorgaans wettelijk verplicht om de afzender en ontvanger van een transactie te authenticeren. Maar cryptocurrency-transacties kunnen, in principe, anoniem worden uitgevoerd.

Stel je een hypothetische potentiële bitcoin-ontvanger voor, Alice genaamd. Ze moet eerst een unieke en extreem moeilijke puzzel maken die alleen gemakkelijk kan worden opgelost met een geheime hint (een privésleutel genoemd) die ze voor zichzelf houdt. Bovendien, het moet gemakkelijk zijn om te controleren of de oplossing correct is. Dit wordt gedaan met behulp van een andere hint (een openbare sleutel genoemd). Nadat dit is gebeurd, Alice stuurt de puzzel naar iedereen die haar bitcoins wil sturen.

Stel je nu een afzender voor; laten we hem Bob noemen.

Als Bob bitcoin naar Alice wil sturen, hij zal een transactie naar het netwerk sturen die twee ingrediënten bevat:Alice's puzzel en een oplossing voor een puzzel waarmee geld wordt vrijgemaakt dat in een eerdere transactie naar Bob is gestuurd. Hij zal ook de openbare sleutel onthullen die is gebruikt om de oplossing te verifiëren. Als de oplossing wordt geverifieerd door de verschillende deelnemers van het netwerk, ze gaan ervan uit dat Bob inderdaad bevoegd is om zijn bitcoin uit te geven en de transactie in de blockchain te accepteren. Alice kan het geld nu uitgeven door een oplossing voor haar puzzel te onthullen.

Op deze manier, het volledige grootboek van bitcoin-transacties is volledig openbaar, terwijl de identiteit van de bitcoin-eigenaren wordt beschermd.

Heb je toegang tot bitcoin zonder de privésleutel?

In feite, iedereen die een van de puzzels op de blockchain kan oplossen zonder de geheime hint, heeft toegang tot de fondsen die daar zijn opgeslagen. Daarom is het enige onderscheidende kenmerk van de beoogde ontvangers dat ze deze puzzels efficiënter kunnen oplossen dan anderen, dankzij de geheime hint die alleen zij weten.

De meeste puzzels die voor bitcoin worden gebruikt, hebben de vorm van handtekeningen. Namelijk, bitcoin-transacties worden elektronisch ondertekend met behulp van zeer gecompliceerde algoritmen op basis van wat wiskundigen elliptische curven noemen. Het idee is dat het maken van een dergelijke handtekening onbetaalbaar is voor elke computer, tenzij men de geheime sleutel bezit, en dat het eenvoudig kan worden geverifieerd met behulp van de openbare sleutel.

Echter, terwijl deze handtekeningen inderdaad onmogelijk te vervalsen lijken voor de computers van vandaag, kwantumcomputers kunnen ze potentieel zeer efficiënt oplossen. Dit is mogelijk omdat kwantumcomputers niet beperkt zijn tot het verwerken van digitale informatie, maar voer in plaats daarvan rechtstreeks berekeningen uit met behulp van de kwantummechanische interacties die de natuurkunde op microscopische schaal domineren.

Onderzoekers proberen nog steeds te achterhalen wat voor soort problemen kwantumcomputers superieur zijn in het oplossen van problemen. Maar we weten wel dat twee problemen die ten grondslag liggen aan veel van de cryptografie van vandaag de problemen zijn die de kwantumcomputers van morgen vrij efficiënt kunnen oplossen (voor de experts thuis, naast het oplossen van elliptische krommen, het andere probleem is het vinden van de priemfactoren van een getal).

Vooral, elliptische kromme cryptografie kan worden verbroken met een variant van het algoritme van Shor. Dit algoritme is in staat om de geheime sleutel efficiënt uit de openbare sleutel te berekenen, en kan dus snel handtekeningen maken zodra de openbare sleutel is onthuld. Dat kan niet met de huidige computers. In feite, we geloven dat alleen kwantumcomputers ooit in staat zullen zijn om deze berekening uit te voeren.

Hoe zou een dief met een kwantumcomputer bitcoin stelen?

De huidige mechanica van bitcoin betekent dat de openbare sleutel alleen wordt onthuld met de handtekening wanneer een transactie aan het netwerk wordt voorgesteld. Daarom is er een zeer korte kans voor een kwantumcomputer om de privésleutel uit de openbare sleutel te berekenen en een alternatieve ondertekende transactie te presenteren (bijvoorbeeld ervoor zorgen dat het geld van Bob naar de dief gaat in plaats van naar Alice).

We kunnen deze aanval zien als analoog aan het beroven van een klant net voordat hij een bank binnengaat om geld te storten.

De dingen erger maken, voor veel bitcoin-transacties is de publieke sleutel eigenlijk al bekend en opgeslagen op de blockchain. Dit verwijdert de timingbeperking voor de bovengenoemde aanval en stelt een dief in staat om geld te stelen, zelfs als er geen transactie wordt voorgesteld. Dit beïnvloedt ongeveer een derde van het bitcoin-marktkapitaal, of enkele tientallen miljarden dollars.

Dit lijkt meer op een traditionele bankoverval waarbij de dief niet hoeft te wachten tot een klant transacties uitvoert.

Het is moeilijk te voorspellen wanneer kwantumcomputers sterk en snel genoeg zullen zijn om deze aanvallen uit te voeren, maar het is redelijk om aan te nemen dat we zeker de komende tien jaar veilig zijn.

Kunnen we bitcoin veilig maken?

Het is belangrijk dat onderzoekers alternatieven vinden voor cryptografie met elliptische krommen die bestand zijn tegen aanvallen van kwantumcomputers.

En hoewel er nog geen standaard is ontstaan, alternatieve cryptocurrencies die rekening houden met kwantumcomputers worden momenteel ontwikkeld. Dus zelfs als bitcoin uiteindelijk zou bezwijken voor kwantumcomputers, blockchain en cryptocurrencies zullen zeker voortleven.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.