La question quantique : Le quantique ne viendra pas pour votre Bitcoin

Depuis aussi longtemps que Bitcoin existe, de nouvelles formes de FUD (peur, incertitude et doute) ont été utilisées pour prédire sa disparition. Malgré cela, Bitcoin est devenu un actif de plusieurs trillions de dollars et a commencé à prendre sa place dans l'ordre monétaire mondial. Ces derniers mois, le spectre d'un ordinateur quantique cryptographiquement pertinent (CRQC) permettant à un attaquant de recréer des clés secrètes à partir de clés publiques et de signer des transactions Bitcoin déplaçant les pièces d'autres personnes est revenu sous une forme évoluée de FUD. Est-ce une menace réaliste pour la croissance continue de Bitcoin ? En un mot, non. Il n'y a aucune preuve qu'un CRQC sera construit dans la décennie à venir, et il reste incertain qu'une telle machine soit jamais construite. La menace quantique reste du FUD.

État de l'art

À ce jour, aucune machine de calcul quantique n'a calculé quoi que ce soit hors de portée d'un enfant de 6 ans précoce (confirmé empiriquement). Les ordinateurs quantiques sont une technologie remarquable et montrent les capacités véritablement dignes de la science-fiction du monde moderne. Ces dispositifs exploitent des technologies fondamentales telles que les pinces optiques, le refroidissement laser, les qubits à flux supraconducteurs, les pièges électromagnétiques, les réfrigérateurs à dilution, et bien d'autres. Au sein de ces dispositifs, des qubits individuels sont contraints à des états subatomiques spécifiques (différents pour chaque technologie candidate), intriqués en superpositions, manipulés pour représenter des calculs, puis leurs propriétés subatomiques sont lues et interprétées. La vérité stupéfiante est que ces dispositifs existent et peuvent être manipulés pour produire des calculs significatifs sur un petit nombre d'entrées. La dure réalité est que (pour une technologie candidate par exemple) pour effectuer un calcul qu'un petit enfant peut faire nécessite suffisamment d'énergie pour climatiser un lycée du Texas, de nombreuses heures de configuration, et encore des heures de post-traitement.

Lire l'avenir

Je sais ce que vous pensez, "mais il y a tant d'argent qui afflue dans l'informatique quantique". L'argent qui afflue dans un domaine est-il corrélé au taux de progrès technologique réel dans ce domaine ? Pas vraiment. En fait, on peut soutenir que tant que la bonne technologie sous-jacente n'a pas été développée et que l'adéquation produit-marché n'est pas confirmée, l'argent qui afflue dans un domaine a une corrélation négative avec la probabilité que la technologie applicable soit développée. Cela peut être clairement vu en comparant le programme de la navette spatiale de la NASA au Falcon 9 de SpaceX. SpaceX a pris (principalement) des sciences connues et les a réduites à la pratique pour satisfaire un besoin de marché démontrable pour un accès fiable et moins coûteux à l'espace, à un coût de programme de moins de 5 milliards de dollars pour la première mission habitée. La navette spatiale a coûté environ 50 milliards de dollars pour atteindre sa première mission habitée. Non seulement le Falcon 9 a coûté un ordre de grandeur moins cher à développer, mais il a également un dossier de sécurité des équipages parfait à ce jour. Il y a de nombreuses raisons à ces différences, mais cela montre qu'aucune somme d'argent ne rend une technologie qui n'est pas prête praticable. En traduisant cela à l'informatique quantique : nous pouvons voir qu'avec des tonnes d'argent jetées sur le problème, des démonstrations technologiques à coût massif sont possibles. Mais cela ne nous dit rien sur la possibilité que plus d'argent nous apporte le saint graal des qubits stables et à faible erreur (comme la fiabilité du Falcon 9). Aucune somme de développement continu sur le programme de la navette spatiale n'aurait jamais produit le faible coût et la haute fiabilité du Falcon 9, et il est tout à fait probable qu'aucune somme de développement continu, à aucun coût, ne rendra jamais les technologies informatiques quantiques actuelles suffisamment fiables pour casser une seule paire de clés.

Maintenant, vous pourriez penser : "mais qu'en est-il de toutes les avancées récentes ?" Il y a deux choses importantes à garder à l'esprit concernant les avancées récemment publiées. Premièrement, beaucoup de ces avancées ne concernent que des progrès en mathématiques pures. Par exemple, le récent article de Google qui a eu un résultat si important qu'ils ont choisi de censurer le circuit quantique théorique plutôt que de risquer qu'il soit utilisé pour briser des systèmes cryptographiques importants. Cela peut sembler être un progrès massif vers l'avenir des CRQC, mais en fait, cela n'a rien changé. À moins (ou jusqu'à ce que) le matériel quantique ait son moment Falcon 9, il n'existe tout simplement aucun appareil qui se rapproche de la stabilité et de l'échelle nécessaires pour exécuter le circuit censuré. C'est du pur théâtre pour cacher un circuit conçu pour un appareil qui pourrait ne jamais exister. Deuxièmement, du côté matériel lui-même, nous voyons de nombreux nouveaux résultats et morceaux de progrès publiés au cours d'une année donnée, mais combien d'entre eux se rapportent à la même technologie candidate en informatique quantique ? Combien représentent simplement un nouveau départ après qu'un résultat précédent ait abouti à une impasse ? La réalité est que ces avancées ne représentent pas une trajectoire linéaire vers un succès éventuel. Elles représentent la recherche en largeur d'un espace de possibilités infini dans lequel les chercheurs quantiques espèrent trouver un chemin le long duquel ils peuvent progresser sur une distance même modeste sans atteindre une nouvelle impasse.

Lorsque nous regardons la réalité de l'avenir de l'informatique quantique, c'est flou au mieux. Il y a des développements technologiques prometteurs. Surtout, à mes yeux, dans le domaine des dispositifs à atomes neutres. Mais il est bien trop tôt pour dire s'il existe un chemin ouvert vers un CRQC éventuel le long de l'une des branches actuellement connues ou si d'autres redémarrages sont à prévoir. Si, à un moment donné, nous voyons de nombreuses itérations de la même technologie candidate mettant en œuvre des dispositifs de plus en plus capables, et calculant des résultats significatifs qu'un enfant précoce ne peut également pas calculer, nous pourrons revisiter cette discussion avec des preuves différentes.

En théorie

Il y a deux explications possibles à l'échec répété de la recherche quantique à développer un CRQC pendant de nombreuses décennies. Il est possible que ce soit simplement un problème difficile et que nous continuions à appliquer la science et l'ingénierie pour le résoudre et qu'un jour l'ingéniosité de l'espèce humaine prévale comme cela a été le cas dans le développement d'Internet, du smartphone, des réseaux sociaux et de Bitcoin (laissant au lecteur le soin de décider lesquels de ces développements sont positifs). D'un autre côté, il se peut que développer un CRQC soit soit impossible, soit restera à jamais hors de notre portée. Considérez ce que signifierait l'existence d'un CRQC : la machine devrait représenter dans sa superposition un champ de possibilités de la même taille que la complexité du problème cryptographique à résoudre. C'est-à-dire que pour briser la sécurité 128 bits du logarithme discret de la courbe elliptique sur la courbe secp256k1 de Bitcoin, la superposition quantique devrait représenter toutes les valeurs possibles d'un nombre de 128 bits. En informatique classique, représenter toutes ces valeurs nécessiterait plus de stockage informatique (de plusieurs ordres de grandeur) que ce que les humains ont jamais produit. S'il y a même la moindre granularité dans la superposition quantique (c'est-à-dire que la superposition quantique n'est pas parfaitement continue à travers toutes les valeurs possibles), alors l'ordinateur quantique ne pourra jamais devenir cryptographiquement pertinent. Si l'énergie requise pour maintenir une superposition évolue avec la complexité du champ représenté, alors un ordinateur quantique ne pourra jamais être cryptographiquement pertinent. La compréhension contemporaine de la physique quantique n'écarte aucune de ces possibilités.

Conclusion : Bitcoin ne peut pas se reposer

Malgré tout ce qui précède, le développement de Bitcoin vers de nouveaux algorithmes cryptographiques doit se poursuivre. Bien qu'une attaque quantique sur la cryptographie de Bitcoin ne soit pas imminente, il est tout à fait possible qu'une autre faille soit découverte par d'autres moyens. Nous savons que certaines courbes elliptiques ont été trouvées avec des faiblesses, et secp256k1 pourrait être la prochaine. Bitcoin a survécu aussi longtemps grâce au fait que les attaques sur le système l'ont renforcé, et cela continuera d'être vrai alors que l'attaque FUD quantique se déroule. Le développement de P2MR ou P2TRv2, de SHRINCS, SPHINCS, IBC, ML-DSA, et d'autres schémas de signature post-quantiques mènera finalement à des améliorations de la résilience de Bitcoin face à de futures attaques, même si un CRQC réel n'est jamais développé.

Cet article est présenté dans la dernière édition imprimée de Bitcoin Magazine, Le numéro quantique. Nous le partageons ici comme un aperçu précoce des idées explorées tout au long de l'intégralité du numéro.