Un article détaillé sur l'informatique quantique et la blockchain
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Un article détaillé sur l'informatique quantique et la blockchain
L'avenir de l'informatique quantique et de la blockchain est extrêmement incertain — il pourrait être l'un des facteurs déterminants de l'avenir de l'informatique.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesRédaction : Suzytu
L'informatique quantique détruira-t-elle la blockchain ou la rendra-t-elle plus sûre ?
En matière d'avenir du calcul, les blockchains et l'informatique quantique sont deux des secteurs les plus fascinants et controversés. Bien que la blockchain soit bien plus avancée dans ses applications concrètes — notamment la création de cryptomonnaies et de systèmes cryptographiques utilisables par des particuliers et des entreprises — le domaine de l'informatique quantique connaît également une croissance fulgurante. En effet, sa croissance ne serait dépassée que par celle de la blockchain, avec un taux de croissance annuel prévu de 25 % entre 2022 et 2027.
Certains experts estiment que les progrès en informatique quantique pourraient marquer le début de la fin de la blockchain, car les ordinateurs quantiques seraient capables de briser même les cryptages les plus sophistiqués. Ou encore, l'informatique quantique pourrait, dans certains cas, remplacer la blockchain comme méthode plus avancée pour protéger les données à venir.
Dans un certain sens, la cryptographie blockchain et l'informatique quantique s'affrontent dans une course pour savoir qui remportera la victoire en cryptologie. La question clé est peut-être de savoir si les ordinateurs quantiques évolueront assez vite pour casser les systèmes blockchain. La réponse dépendra de la capacité des cryptographes à développer suffisamment rapidement des solutions de sécurité face aux cyberattaques quantiques.
Cependant, la relation entre l'informatique quantique et la blockchain n'est pas nécessairement antagoniste ; certains chercheurs pensent que ces deux technologies finiront par fusionner. Cela permettrait de créer des solutions informatiques plus sécurisées, plus rapides et potentiellement révolutionnaires, aidant finalement à résoudre divers problèmes cryptographiques et concrets.
Sommaire
1. Qu'est-ce que l'informatique quantique — et en quoi diffère-t-elle de la blockchain ?
2. L'informatique quantique va-t-elle détruire la blockchain et mettre fin aux cryptomonnaies ?
3. L'informatique quantique peut-elle fusionner ou renforcer la blockchain future ?
4. Qu'est-ce qu'un registre résistant au quantique ?
5. Qu'est-ce que Bitcoin post-quantique ?
6. Quel avenir pour l'informatique quantique et la blockchain ?
Qu'est-ce que l'informatique quantique — et en quoi diffère-t-elle de la blockchain ?
Pour ceux qui ne seraient pas familiers, l'informatique quantique est un type unique de calcul qui exploite les « états quantiques » pour résoudre des problèmes logiques nécessitant une puissance de traitement colossale, voire impossibles à traiter par les superordinateurs classiques. Contrairement aux supercalculateurs traditionnels qui analysent séquentiellement un ensemble de problèmes, les ordinateurs quantiques peuvent analyser simultanément un grand nombre de scénarios possibles. Grâce à la physique quantique, ils minimisent extrêmement vite le nombre de mauvaises réponses tout en affinant rapidement les bonnes.
Les ordinateurs actuels, dits classiques, sont composés de bits valant 1 ou 0, mais jamais les deux à la fois.Les ordinateurs quantiques, eux, sont constitués de qubits (bits quantiques), qui, grâce au principe de superposition quantique, peuvent exister simultanément dans les deux états à la fois. De plus, contrairement aux bits classiques, les qubits peuvent interagir entre eux via un phénomène appelé intrication quantique, créant ainsi un grand état quantique global pour l’ensemble du système. Chaque nouveau qubit double le nombre d’états potentiels, offrant ainsi une puissance de calcul immense comparée aux ordinateurs classiques.
Au-delà de la résolution de problèmes complexes, l'informatique quantique possède un potentiel incroyable pour transformer le monde du chiffrement. En raison de la nature des états quantiques, l'état d'une information change effectivement lorsqu'il est observé. Théoriquement, le chiffrement quantique pourrait être véritablement inviolable : toute tentative d'espionnage modifierait irréversiblement l'état des données transmises. Toutefois, tout comme l'informatique quantique peut créer des techniques de chiffrement extrêmement solides, elle pourrait aussi briser des cryptages auparavant inaccessibles, ce qui entre potentiellement en conflit avec l'objectif fondamental de la blockchain.
Des entreprises comme IBM utilisent déjà des ordinateurs quantiques pour résoudre divers problèmes, tels que le développement de batteries plus performantes pour véhicules électriques, la conception de nouveaux matériaux réduisant les émissions de carbone, ou encore la recherche de particules révélatrices de l'origine de l'univers.
Comparée à l'informatique quantique, la blockchain peut être décrite comme un ensemble de technologies de registres distribués, utilisant la cryptographie pour créer un registre d'informations impossible à modifier efficacement une fois validé par un réseau d'ordinateurs distribués (appelés nœuds). À l’aide de divers mécanismes de consensus, un réseau de nœuds distribués accepte ou rejette la « validation » de blocs d’information, qui sont ensuite ajoutés à la chaîne. La blockchain relève entièrement du domaine du calcul classique, ce qui signifie qu’elle ne peut se trouver qu’en un seul état à un instant donné.
Comme le montre l'industrie, la technologie blockchain est un outil exceptionnel pour créer des applications distribuées via des contrats intelligents auto-exécutables, incluant des monnaies numériques, des protocoles logistiques et de conservation des données, ainsi que divers produits financiers comme le prêt, le staking, le minage de liquidités, ou encore des protocoles d’assurance décentralisés.
Toutefois, en raison des limites du réseau, la blockchain n’est pas particulièrement adaptée aux problèmes nécessitant une grande puissance de calcul. En réalité, la lenteur des transactions est l’un des principaux défis actuels des blockchains, poussant de nouvelles blockchains à proposer des solutions offrant un volume de transactions par seconde (TPS) plus élevé. En revanche, l’informatique quantique présente un potentiel énorme pour résoudre certains des plus grands problèmes scientifiques et techniques, mais elle n’est pas forcément adaptée à la création d’applications grand public.
On peut donc affirmer que l’informatique quantique et la blockchain sont deux technologies très différentes, mais que leurs interactions pourraient transformer durablement les deux secteurs.
L'informatique quantique va-t-elle détruire la blockchain et mettre fin aux cryptomonnaies ?
Lorsqu’on aborde le lien entre l’informatique quantique et la blockchain, la crainte principale est que les ordinateurs quantiques puissent surmonter le chiffrement blockchain — mettant ainsi fin à la sécurité des cryptomonnaies telles que nous les connaissons.Si le chiffrement quantique venait à dominer la cryptographie blockchain, même si l’industrie entière ne s’effondrait pas, cela entraînerait de vastes vols de cryptomonnaies et des perturbations majeures.
Une étude de Deloitte indique qu’une seule attaque pourrait voler 25 % des bitcoins. En janvier 2022, cela représentait environ 300 milliards de dollars. Comme la taille du marché des cryptomonnaies continue de croître fortement, des piratages basés sur des ordinateurs quantiques pourraient finir par dérober des milliers de milliards de dollars, plongeant potentiellement l’économie mondiale dans le chaos et détruisant au passage l’ensemble de l’écosystème blockchain.
Plus précisément, un algorithme théorique célèbre appelé fonction de Shor, lorsqu’il est exécuté sur un ordinateur quantique, pourrait théoriquement résoudre les factorisations premières cachées par la multiplication de courbes elliptiques — une forme de hachage dont il est (actuellement) presque impossible d’inverser le processus (c’est-à-dire retrouver les nombres d’origine ayant formé la clé privée).
Par exemple, des chercheurs ont calculé qu’un ordinateur classique aurait besoin de 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456 opérations élémentaires pour déterminer la clé privée associée à une clé publique utilisant la multiplication de courbe elliptique. Théoriquement, cela prendrait des milliers d’années.
En revanche, selon les mêmes calculs, un ordinateur quantique utilisant la fonction de Shor n’aurait besoin que de 2 097 152 opérations élémentaires pour obtenir la même clé privée. Ce processus pourrait alors prendre seulement quelques heures. Il est toutefois essentiel de noter que les ordinateurs quantiques actuels ne disposent pas encore de la capacité nécessaire pour implémenter efficacement la fonction de Shor, et on ignore quand cette capacité sera pleinement développée.
Outre la rupture du chiffrement blockchain, une autre inquiétude est que les ordinateurs quantiques puissent remplacer les ordinateurs traditionnels pour le minage de cryptomonnaies. En théorie, s’ils pouvaient miner plus vite que les équipements classiques (comme les ASIC), cela pourrait entraîner une instabilité des prix, des attaques à 51 % et une concentration extrême du pouvoir de minage. Cependant, il convient de noter que cela concerne principalement les blockchains à preuve de travail comme Bitcoin, et généralement pas les modèles de consensus à preuve d’enjeu. En raison des problèmes environnementaux et d’autres facteurs, la plupart des blockchains à preuve de travail, comme Ethereum, migrent vers des modèles de consensus comme la preuve d’enjeu, qui ne nécessitent pas de minage intensif.
Malgré ces calculs et estimations, tous les experts ne croient pas que l’informatique quantique parviendra efficacement à casser la blockchain ni à rendre obsolète la cryptographie classique. Certains pensent, par exemple, que le chiffrement SHA-256 utilisé par Bitcoin pourrait être résistant au quantique. Même si les ordinateurs quantiques devaient un jour casser les méthodes actuelles de chiffrement blockchain, cela pourrait prendre entre 10 et 20 ans, donnant ainsi aux cryptographes blockchain une longueur d’avance pour développer de nouvelles méthodes plus robustes.
De plus, RSA, alternative courante au chiffrement par courbe elliptique, pourrait également présenter une certaine résistance quantique. Bien que le chiffrement par courbe elliptique soit considéré comme plus sûr que RSA en décryptage classique, certains experts suggèrent que l’inverse pourrait être vrai en contexte quantique. En outre, même si RSA devenait finalement « cassable par le quantique », des mécanismes comme les soft forks et le changement fréquent des adresses de portefeuille pourraient limiter grandement la capacité pratique des ordinateurs quantiques à attaquer la blockchain ou à voler des cryptomonnaies.
L'informatique quantique peut-elle fusionner ou renforcer la blockchain future ?
Alors que certains pensent que l’informatique quantique pourrait détruire la blockchain et les cryptomonnaies telles que nous les connaissons, d’autres estiment que le chiffrement quantique pourrait être combiné à la blockchain pour créer des systèmes plus sûrs que les protocoles actuels. Théoriquement, ces blockchains seraient fortement résistantes aux attaques classiques comme aux attaques par ordinateurs quantiques.
Plus précisément, les experts pensent que les méthodes traditionnelles de cryptographie blockchain, comme les algorithmes de clés asymétriques et les fonctions de hachage basées sur la multiplication de courbe elliptique, pourraient être remplacées par des clés quantiques.
La cryptographie à clé quantique, aussi appelée distribution quantique de clés (QKD), fonctionne en envoyant sous forme de photons les « particules quantiques » de lumière via un lien optique. Comme mentionné précédemment, toute tentative d’interception des photons en transit invaliderait effectivement la transaction.
Pour être efficace, ces clés quantiques doivent être utilisées conjointement avec un chiffrement OTP (One-Time Pad), générant des clés utilisables une seule fois.
Un article passionnant publié dans le *Quantum Computing Journal* par Li Chuntang, Xu Yinsong, Tang Jiahao et Liu Wenjie, intitulé *Blockchain quantique : base de données décentralisée, cryptée et distribuée basée sur la mécanique quantique*, détaille comment l'informatique quantique pourrait apporter d'autres avantages aux futures blockchains, notamment la randomisation de la sélection des nœuds, un problème majeur actuel. Les protocoles de blockchain quantique pourraient utiliser des générateurs de nombres aléatoires quantiques pour choisir les nœuds validateurs de manière aléatoire, plutôt que d’utiliser les méthodes actuelles de randomisation.
L'article suggère que la blockchain quantique pourrait également remplacer le protocole classique de Byzantine Fault Tolerance par un nouveau protocole quantique utilisant le chiffrement quantique. Bien que hautement théorique pour l'instant, cela pourrait à la fois prévenir les attaques à 51 % et permettre la création de nouvelles cryptomonnaies hautement sécurisées basées sur le chiffrement quantique.
Bien que la majorité des éléments ci-dessus concernent la création de nouvelles blockchains quantiques, les technologies quantiques pourraient aussi être appliquées aux blockchains existantes, augmentant à la fois la décentralisation et réduisant les temps de transaction des principales blockchains comme Bitcoin, Ethereum ou Solana.
Un problème potentiel flou, non abordé dans l’article de référence, est de savoir comment les capacités d’informatique quantique (y compris la génération de clés quantiques) seront distribuées parmi les opérateurs de nœuds. Actuellement, la plupart des ordinateurs quantiques sont hautement expérimentaux et extrêmement coûteux, ce qui rend difficile l’atteinte du grand nombre d’opérateurs de nœuds nécessaire à une vraie décentralisation. Toutefois, cela pourrait changer : une entreprise chinoise a lancé un petit ordinateur quantique coûtant seulement 5 000 dollars, bien moins cher que le coût actuel pour exécuter un nœud Ethereum complet.
Qu'est-ce qu'un registre résistant au quantique ?
À ce jour, seuls deux projets de blockchain publique affirment être totalement résistants au quantique : Antiquantum Ledger (QRL) et Bitcoin Post-Quantum. Antiquantum Ledger (QRL) se décrit comme une « blockchain sécurisée post-quantique dotée d’un schéma de signature d’état et d’une sécurité inégalée ».
Pour cela, le protocole QRL utilise « XMSS désigné par l’IETF, un schéma de signature à sécurité avant limitée reposant sur le hachage, avec un minimum d’hypothèses de sécurité ». XMSS est un schéma de signature Merkle étendu utilisant des arbres de Merkle, où chaque nœud est étiqueté par le hachage cryptographique d’un bloc de données.
Un arbre de Merkle peut être défini comme « le hachage complet de tous les hachages de toutes les transactions contenues dans un bloc d’un réseau blockchain existant ».
Les schémas de signature basés sur le hachage d’état (comme les signatures Merkle) sont considérés comme plus résistants aux attaques quantiques que RSA ou la cryptographie par courbe elliptique. Toutefois, si une clé est utilisée plusieurs fois, les schémas basés sur le hachage d’état (comme XMSS) peuvent devenir vulnérables, ce qui les pénalise par rapport à d'autres formes de cryptographie.
Actuellement, le National Institute of Standards and Technology (NIST) sollicite activement des recherches et commentaires sur ces technologies cryptographiques afin d’évaluer leurs avantages et inconvénients potentiels pour usage civil et gouvernemental. Outre XMSS, le NIST évalue actuellement près de 70 nouvelles méthodes de « cryptographie post-quantique ».
Le projet Antiquantum Ledger affirme que son schéma de signature Merkle « étendu » est plus efficace et plus sûr que le schéma traditionnel, bien que cela soit difficile à prouver sans ordinateur quantique réellement fonctionnel pour tester sa robustesse.
Outre le développement d’une blockchain propriétaire, le groupe a lancé sa propre cryptomonnaie (QRL), qui valait moins de 0,20 dollar en janvier 2022, avec une capitalisation boursière légèrement supérieure à 14 millions de dollars. Tout comme la blockchain sur laquelle elle repose, les créateurs de QRL affirment que cette cryptomonnaie est la première entièrement protégée contre les attaques quantiques. Comme les autres cryptomonnaies, QRL peut être minée depuis un nœud unique ou dans le cadre d’un pool de minage.
Qu'est-ce que Bitcoin post-quantique ?
Outre le projet relativement populaire QRL, un autre projet blockchain, Bitcoin Post-Quantum (BPQ), affirme également utiliser un schéma de signature étendu basé sur le hachage d’état (XMSS) pour se protéger contre les attaques d’ordinateurs quantiques. Plus précisément, BPQ est une branche expérimentale de la blockchain principale de Bitcoin, utilisant des signatures numériques sécurisées quantiquement au lieu des technologies cryptographiques traditionnelles. Les recherches menées par BPQ dans les années à venir pourraient servir de base à l’intégration de techniques de chiffrement résistantes au quantique dans le réseau principal de Bitcoin.
Contrairement à QRL, BPQ en est actuellement davantage à une phase de recherche, et sa monnaie prévue, BitcoinPQ, n’a pas encore été extraite.
Quel avenir pour l'informatique quantique et la blockchain ?
L’avenir de l’informatique quantique et de la blockchain est extrêmement incertain, et pourrait bien être l’un des facteurs déterminants de l’avenir de l’informatique. La blockchain a contribué à démocratiser Internet, créé des cryptomonnaies, et généré les plus grands réseaux informatiques distribués au monde, comme Bitcoin et Ethereum.
En revanche, encore à un stade précoce, l’informatique quantique pourrait aider à résoudre bon nombre des problèmes scientifiques et technologiques les plus influents de notre époque, faisant progresser la technologie d’une manière imprévisible. Si l’informatique quantique et la blockchain entraient en conflit, cela pourrait être une catastrophe épique. Toutefois, si la cryptographie continue d’évoluer vers des méthodes de plus en plus résistantes au quantique, ou si le chiffrement quantique lui-même était intégré à la blockchain, la combinaison de ces technologies prometteuses pourrait contribuer à créer un Internet plus sûr, plus démocratisé, et susceptible d’avoir un impact positif sur le monde.
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