Coinbase tutkii post‑kvanttisalautta lohkoketjulle

Kvanttitietokoneiden odotetaan rakennettavan kaupallisesti käyttökelpoisessa mittakaavassa vain muutamassa vuodessa, mahdollisesti jo vuodesta 2028 keskelle 2030‑lukua, riippuen arviosta ja tavoitellusta tarkasta kapasiteetista.

Tämä olisi erinomaista äärimmäisen monimutkaisten matemaattisten ongelmien ratkaisemiseen, kuten materiaalitieteen kysymyksiin puolijohteissa, avaruustekniikassa, akkuissa, proteiinien 3D‑rakenteiden selvittämiseen tai uusien elintärkeitä lääkkeiden löytämiseen.

Mutta sama kapasiteetti voitaisiin käyttää modernin maailman perustana olevien salaustekniikoiden murtamiseen. Tästä syystä esimerkiksi kaikki suuret Yhdysvaltain pankit pakotetaan nopeuttamaan verkko‑ristikon (lattice) -pohjaisen kryptografian käyttöönottoa, menetelmää, jonka uskotaan olevan kvanttiturvallinen.

Samalla tavalla kryptovaluutat voisivat olla vaarassa, jos niiden turvallisuuden takaava salaus yhtäkkiä murrettaisiin.

Tämä on erityisen ongelmallista, koska tulevat kvanttietokoneet voivat murtaa nykyään kerättyjen tietojen salauksen, vaikka ne olisivatkin tällä hetkellä murtamattomia, mutta ne voitaisiin myöhemmin purkaa – menetelmä, jota kutsutaan nimellä “Kerää nyt, pura myöhemmin” (HNDL).

Tässä yhteydessä lohkoketjun ja kryptovaluuttojen johtavat toimijat liikkuvat myös nopeasti valmistautuakseen kvanttietokoneiden mahdolliseen ilmaantumiseen.

Yksi heistä on Coinbase, joka julkaisi raporttinsa “Quantum Computing & Blockchain ”, jossa käsitellään näitä huolia ja tarkastellaan mahdollisia ratkaisuja, joita lohkoketjuyhteisön tulisi ajoissa omaksua todellisten turvallisuusongelmien välttämiseksi.

“Olemme erittäin varmoja, että lopulta rakennetaan laajamittainen, vikakestävä kvanttietokone (FTQC). Tästä syystä lohkoketjujen ja laajemman kryptografisen ekosysteemin on valmistaututtava tähän mahdollisuuteen.”

Coinbase:n kvanttiraportin yleiskatsaus

Raportin yleiskatsauksessa Coinbase muistuttaa, että National Institute of Standards and Technology (NIST) suosittelee post‑kvanttisia (PQ) siirtymiä toteuttamaan vuoteen 2035 mennessä. Se myös huomauttaa, että tämä valmisteluaikataulu, jättäen vain 9 vuotta, saattaa olla jopa optimistinen.

“Emme ole varmoja, että kryptografisesti merkityksellisiä kvanttietokoneita (CRQC) ei olisi olemassa vuoteen 2035 tai sen jälkeen, sillä viimeaikainen tutkimus nostaa esiin mahdollisuuden, että aikajana saattaa olla lyhyempi.”

Raportti on jaettu kuuteen pääosioon sekä liitteeseen “lisälukemista”, kattaen aihetta laajasti:

1. Kvanttitietokoneiden yleiskatsaus ja nykyinen kehitystaso.
2. Post‑kvanttitikryptografia (PQC).
3. Post‑kvanttitikryptografia ja konsensuskerros.
4. Post‑kvanttitikryptografia ja suorituskerros.
5. Post‑kvanttisuunnitelmat suurille lohkoketjuille.
6. Post‑kvanttiturvallisuus allekirjoitusten ulkopuolella.

Kvanttitietokoneiden yleiskatsaus

Tämä ensimmäinen osa tiivistää, mitä kvanttietokone on, mihin se pystyy, ja kuinka teknologia on tähän mennessä kehittynyt.

Lyhyesti sanottuna kvanttietokoneet hyödyntävät superpositiota ja muita kvanttiefektejä kasvattaakseen laskentatehoaan eksponentiaalisesti jokaisella lisätyllä “qubitillä” (normaalin tietokoneen bittien kvanttivastaavuus), sen sijaan että kasvu olisi lineaarista.

“Kvanttitietokoneiden teho liittyy suoraan siihen, että N qubitin superposition kuvaamiseen tarvitaan lista, jossa on 2^N parametria. Kun (esim.) N=1000, tämä on jo enemmän parametreja kuin mitä havaittavassa universumissa voitaisiin kirjoittaa.”

Kuten mainittiin, tällainen tietokone olisi ihanteellinen fyysisen maailman simulointiin ja salausten murtamiseen. Sitä voitaisiin myös käyttää tehokkaampaan tekoälyn kouluttamiseen, aiheeseen, jonka käsittelimme aiemmin artikkelissamme “Onko kvanttitulostimella ensimmäinen todellinen käyttötapaus”.

Kvanttitietokoneen rakentamisen suurin rajoite on laitteisto, jonka valmistaminen on uskomattoman vaikeaa, ja sen pitäminen kvanttitilassa riittävän pitkään, jotta qubitit olisivat luotettavia ja pystyisivät suorittamaan hyödyllisiä laskelmia.

Tätä voidaan parantaa kahdesta näkökulmasta: vähentämällä kahden qubitin porttien fyysistä virheprosenttia ja suunnittelemalla vikakestäviä järjestelmiä, jotka kestävät suurempia virheratioita.

“Vikakestävän kvanttilaskennan (FTQC) suorittamiseksi on myös jatkuvasti mitattava fyysisiä qubiteja, jotta voidaan selvittää, missä virheitä on tapahtunut ja mitä on tehtävä niiden korjaamiseksi.”

Viimeaikaiset parannukset virheenkorjauksessa osoittavat, että 99,9 % tarkkuus kahden qubitin porteissa

voi olla riittävä, paljon alhaisempi ja realistisesti saavutettavissa oleva luku kuin alun perin odotettiin (99,9999 %). Vielä tärkeämpää on, että tämä on jo saavutettu Quantinuumin (osa Honeywell (HON ), seuraa linkkiä saadaksesi liitetyn sijoitusraportin) ja Googlen osalta yksittäisissä qubiteissa.

Jos tämä tarkkuus voidaan säilyttää skaalattaessa kymmeniin tai satoihin tuhansiin fyysisiin qubiteihin, se riittää teoreettisesti FTQC:hen.

Raportti tarjoaa myös yleiskatsauksen pääasiallisista laitteistotyypeistä, joita kvanttialan yritykset ja tutkijat tutkivat:

• Superjohtavat.
• Kapseleoidut ionit.
• Neutraalit atomit.
• Fotoniikka.
• Topologinen.

Lopuksi artikkeli toteaa, että vaikka kvanttietokoneet eivät ole vielä heti käyttövalmiita, ei ole syytä olettaa, etteivät ne pystyisi murtamaan nykyisten salausten korkeimpia tasoja, eikä lohkoketjut/kryptovaluutat olisi olemassa.

Post‑kvanttitikryptografia (PQC)

Post‑kvanttitikryptografia on välttämätöntä, jos haluamme rahoitusjärjestelmän sekä sotilasjärjestelmien pysyvän turvassa kvanttietokoneilta.

Tämän tyyppisen salauksen tulisi myös toimia tavallisilla suunnittelulla ja kapasiteetilla varustetuilla tietokoneilla.

“Post‑kvanttitikryptografia ajetaan klassisilla tietokoneilla ja on turvallinen kvanttihyökkääjiä vastaan. Tämä eroaa esimerkiksi QKD:stä (kvanttinen avainten jakelu), joka vaatii (rehellisiltä) käyttäjiltä kvanttisysteemien käyttöä.”

Kaksi johtavaa menetelmää ovat verkko‑pohjainen (lattice) ja hajautus‑pohjainen:

• Verkko‑pohjainen: Perinteiset kryptografiset menetelmät kuten RSA ja ECC perustuvat ryhmien periodisiin rakenteisiin, jotka Shorin algoritmi voi ratkaista tehokkaasti löytämällä niiden “jakson”. Sen sijaan verkko‑pohjainen kryptografia ei luota tällaisiin rakenteisiin.
• Hajautus‑pohjainen: Erittäin turvallinen, mutta myös erittäin paljon laskentatehoa vaativa salausmenetelmä.

“SLH‑DSA:n nopeampi allekirjoitusvariantti hajautus‑pohjaisessa kryptografiassa tuottaa allekirjoituksia, jotka ovat noin 250‑kertaa suurempia kuin ECDSA:n, ja allekirjoitusaika on noin 1 000‑kertaa hitaampi. Näiden järjestelmien käyttöönotto lohkoketjuissa on selvästi erittäin haastavaa.”

Lähde: Coinbase

NIST:llä on merkittävä rooli tässä. Vuonna 2024 National Institute of Standards and Technology (NIST) viimeisteli kolme erilaista post‑kvanttitikryptografia (PQC) -standardia:

• FIPS 203 – ML‑KEM – Avainkapselointimekanismi (KEM), joka perustuu verkko‑kryptografiaan, tarkoitettu kvanttisafe‑avaimenluonnon pääkomponentiksi (esim. TLS‑ tai VPN‑yhteyksissä).
• FIPS 204 – ML‑DSA – Ensisijainen digitaalinen allekirjoitusmenetelmä, myös verkko‑pohjainen, suunniteltu käyttötapauksiin kuten ohjelmistojen allekirjoittamiseen, sertifikaatteihin ja autentikointiin.
• FIPS 205 – SLH‑DSA – Tilaton hajautus‑pohjainen allekirjoitusmenetelmä, joka on tarkoituksellisesti rakennettu eri oletusten varaan varmuuskopiona, jos tuleva tutkimus paljastaa heikkouksia verkko‑pohjaisissa järjestelmissä.

Lähde: NIST

Post‑kvanttitikryptografia ja konsensuskerros

Tämä raportin osa käsittelee sitä, miten lohkoketju erityisesti voisi vaikuttaa kvanttiturvallisesta salauksesta, keskittyen konsensuskerrokseen.

“Yleisesti ottaen keskeisiä huolia siirryttäessä PQ‑turvallisuuteen ovat datan koko ja laskentakustannukset. Lisähaasteena on käyttäjien kryptografisten avainten aktiivisen vaihtamisen järjestäminen.”

Pääasialliset haavoittuvuudet johtuvat Shorin algoritmista, jota tehokas PQ‑tietokone voi käyttää klassisen julkisen avaimen kryptografian murtamiseen.

Lohkoketjut, jotka ovat siirtyneet pois energiaintensiivisestä Proof‑of‑Work‑menetelmästä ja sen sijaan turvautuvat Byzantine Fault Tolerance (BFT) -ongelman ratkaisuihin, voivat olla alttiimpia. Tässä Shorin algoritmi on pääasiallinen uhka, koska tämän menetelmän takana oleva matematiikka voidaan ratkaista kvanttietokoneilla.

Tilanne on vielä pahempi lohkoketjuissa, jotka luottavat aggregoituihin ja kynnysallekirjoituksiin konsensuksen saavuttamiseksi.

Tässä järjestelmässä, jota erityisesti käyttää Ethereum, äänet voidaan aggregoida tai kynnysarvoa asettaa kustannusten vähentämiseksi, jotka liittyvät validointiallekirjoitusten lähettämiseen, tarkistamiseen ja tallentamiseen. Näillä lohkoketjuilla ei ole helppoa plug‑and‑play‑korvaajaa, jotta ne olisivat post‑kvanttiturvallisia.

Kuitenkin raportti selitti, että Bitcoinin Proof‑of‑Work‑pohjainen Nakamoto‑konsensus (NC) on vain teoreettisesti uhattuna toisella salauksenpurkumenetelmällä, Groverin hyökkäyksellä hajautusfunktioita vastaan.

“Käytännössä Groverin kvadrattinen nopeutus ei kuitenkaan käänny todelliseksi nopeutukseksi pulman koossa, koska kvanttietokoneen operaatioiden aikaväli per qubit on paljon hitaampi verrattuna nykyään louhinnassa käytettyyn erittäin optimoituun ASIC:iin. Näin ollen Nakamoto‑konsensusmekanismit ovat periaatteessa post‑kvanttiturvallisia.”

Post‑kvanttitikryptografia ja suorituskerros

Tämä raportin osa käsittelee sitä, miten lohkoketju erityisesti voisi vaikuttaa kvanttiturvallisesta salauksesta, keskittyen suorituskerrokseen.

Transaktioihin liitetyt kryptografiset allekirjoitukset todentavat lähettäjän ja valtuuttavat tilamuutoksen. Kaikki kompaktit allekirjoitusmenetelmät, kuten ECDSA ja Schnorr, tulisi korvata PQ‑vaihtoehdoilla.

Yksi riski on, että uudet post‑kvanttisalaukset ovat paljon vähemmän testattuja kuin perinteiset.

“Mitä tulee verkko‑pohjaisiin järjestelmiin kuten ML‑DSA tai FN‑DSA, saatamme itse asiassa heikentää turvallisuutta, koska siirrymme allekirjoitusmenetelmään, jolla on paljon vähemmän käyttöä eikä sitä ole tutkittu lähes yhtä perusteellisesti kuin ECDSA‑ ja EdDSA‑menetelmiä.”

Mikä tahansa post‑kvanttiallekirjoituksen käyttöönottojärjestelmä tulisi ihanteellisesti täyttää tässä raportissa määritellyt kriteerit:

• P1: Siirtymä ei vaaranna nykyistä turvallisuusasemaa.
• P2: Uusi järjestelmä tarjoaa post‑kvanttiturvallisuuden, joko sellaisenaan tai mahdollistamalla nopean siirtymän post‑kvanttiturvallisuuteen.
• P3: Uusi järjestelmä ei lisää merkittäviä kustannuksia nykyiseen toimintatapaan, ainakin niin kauan kuin kvanttihaitta ei ole välittömässä uhassa.
• P4: Uusi järjestelmä vaatii minimaalisia (tai ei lainkaan) muutoksia lohkoketjuun ja nykyiseen toimintatapaan, kunhan kvanttihaitta ei ole välittömässä uhassa.

Raportti tutkii sitten erilaisia mahdollisia strategioita ja vertaa niitä.

Strategia 1 luo yksityisiä avaimia hajautuslaskennan tuloksena. Tämä menetelmä mahdollistaa, kun kvanttihaitta lähestyy, allekirjoituksen tekemisen ECDSA:lla tai EdDSA:lla, koska allekirjoitus voidaan rakentaa omistajan tunteman yksityisen avaimen esikuvan perusteella.

Strategia 2 siirtyy 2‑out‑of‑2‑hybrid/double‑allekirjoitukseen. Tämä strategia toimii lisäämällä post‑kvanttiallekirjoitusmenetelmän ja vaatimalla, että jokainen transaktio sisältää sekä ECDSA/EdDSA‑allekirjoituksen että post‑kvanttiallekirjoituksen (esim. ML‑DSA).

Strategia 3 siirtyy 1‑out‑of‑2 (tai enemmän) -allekirjoitukseen. Samankaltainen kuin strategia 2, mutta sen sijaan että vaadittaisiin molemmat allekirjoitukset, riittää, että annetaan allekirjoitus joko elliptisen käyrän menetelmällä tai post‑kvanttimenetelmällä.

Lähde: Coinbase

Kaikki nämä menetelmät vaativat tilin omistajien siirtävän saldojaan uusiin tileihin, jotka on suojattu PQ‑allekirjoitusmenetelmillä, mikä on itsessään ongelma.

“Miljoonia omistettuja tilejä (UTXOja) on olemassa, ja nykyisillä transaktioasteilla lohkoketjuissa kuten Bitcoin ja Ethereum, voi kestää kuukausia pelkästään siirtymätransaktioiden massan käsittelemiseen.”

Kaiken kaikkiaan Coinbase suosittelee “siirtymistä 1‑of‑2” -strategiaan, koska se käsittelee uhan ilman lisäkustannuksia, kunnes se on tarpeen.

Post‑kvanttisuunnitelmat suurille lohkoketjuille

Bitcoin

Bitcoinin nykyinen lähestymistapa on varmistaa, että kaikki UTXO‑julkiset avaimet voidaan piilottaa hajautusfunktion taakse. Tämä voitaisiin lieventää muuttamalla tapaa, jolla julkisia avaimia hallinnoidaan.

“BIP‑360 -ehdotus esittelee uuden taproot‑tulostyypin nimeltä Pay‑to‑Merkle‑Root (P2MR), joka poistaa tämän julkisen avaimen kokonaan. Kun tämä ehdotus otetaan käyttöön Bitcoin‑pääverkossa, P2TR‑tulosteen siirtyminen P2MR‑tulosteeseen poistaa tämän haavoittuvuuden.”

joitakin ydintason Bitcoin kehittäjät ovat tutkimassa hajautus‑pohjaisia allekirjoituksia Bitcoinille. Ainakin proof‑of‑work tekee louhintaverkosta melko turvallisen, mikä on vahva etu Bitcoinille kvanttiriski‑näkökulmasta.

Kuitenkin odota‑ja‑katso -lähestymistapa on tällä hetkellä suosituin. Coinbase huomauttaa, että tämä ei ole ilman ongelmia, erityisesti koska se voi vahingoittaa Bitcoinin näkymiä, kun ihmiset alkavat huolehtia kvanttiaiheisista riskeistä.

“Huomautamme, että odota‑ja‑katso -lähestymistavalla on hinta, koska se aiheuttaa markkinaincertiä. Siksi odottaminen tarkkaa siirtymäsuunnitelmaa voi olla järkevää, mutta sen tulisi sisältää selkeä strategian esittely ja valmistautuminen nopeaan siirtymään tarvittaessa.”

Ethereum

Vaikka se on alttiimpi kvanttietokoneelle, Ethereum‑yhteisö on myös julkaissut yksityiskohtaisen suunnitelman näiden ongelmien lieventämiseksi.

Nykyinen suunnitelma on siirtyä hajautus‑pohjaisiin allekirjoituksiin sekä konsensus‑ että suorituskerroksissa. Jos käytetään standardia kryptografista hajautusfunktiota, se ei tuo uusia turvallisuusolettamuksia Ethereumille.

Keskustelu on edelleen käynnissä tilattomien ja tilallisten allekirjoitusvaihtoehtojen välillä, jossa tilalliset lyhyemmät allekirjoitukset ovat parempi vaihtoehto konsensuskerrokselle ja tilattomat suorituskerrokselle, jotta tilin omistajat suojataan tilanhallinnan virheiltä.

Kaiken kaikkiaan Coinbase visualisoi post‑kvanttisen Ethereumin, jossa “validaatit vahvistavat jokaisen lohkon käyttäen tilallista hajautus‑pohjaista allekirjoitusmenetelmää, ja kaikki vahvistukset tietyssä lohkossa aggregoidaan yhdeksi todistukseksi käyttäen hajautus‑pohjaista tiivistä todistusjärjestelmää”.

Solana

Solana loi uuden holvityypin, nimeltään Solana Winternitz Vault, hajautus‑pohjainen allekirjoitusmenetelmä, jolla on hallittavissa oleva allekirjoituksen koko (vaikka allekirjoitukset ovat kaksi suuruusluokkaa suurempia kuin ECDSA‑allekirjoitukset).

Kun Solana‑tokenin omistajat ovat siirtäneet varansa uuteen Winternitz‑pohjaiseen osoitteeseen, varat eivät enää ole alttiina kvanttihyökkääjälle.

Itse asiassa tämä voi osoittautua merkittäväksi eduksi Solanalle, koska se on paljon edellä Bitcoinia ja Ethereumia kvanttivalmiuden suhteen.

Muut: Algorand, Sui, Aptos

Algorand on ensimmäisten lohkoketjualustojen joukossa, jotka ottavat käyttöön post‑kvanttiallekirjoitusmenetelmiä (PQ) tuotannossa sekä konsensus‑ että suorituskerroksissa. Tämä on edelleen osittain työn alla, mutta se osoittaa myös, että lohkoketjuteknologia voi joissakin tapauksissa nopeasti siirtyä kvanttivalmiiksi.

Aptos käyttää järjestelmää, jossa käyttäjän osoitetta ei johdeta käyttäjän julkisen avaimen hajautuksesta. Näin ollen käyttäjien, jotka haluavat olla post‑kvanttiturvallisia, tarvitsee vain allekirjoittaa transaktio, joka päivittää heidän autentikointiavain post‑kvanttijulkiseen avaimeseen. Varojen siirtämistä uuteen tiliin ei tarvita.

Sillä välin Sui on esittänyt useita strategioita siirtymiseksi post‑kvanttiturvalliseen ketjuun, mutta ei ole vielä selvää, mitkä näistä strategioista otetaan käyttöön.

Post‑kvanttiturvallisuus allekirjoitusten ulkopuolella

Transaktioiden allekirjoitukset ja lohkoketjun eheys eivät ole ainoita aiheita, joissa kvanttietokoneet voisivat aiheuttaa tuhoa salausten murtamisen kautta.

Yksi esimerkki on kynnysallekirjoitukset, joita käytetään suojaamaan allekirjoitusavaimia koko lohkoketjuympäristössä.

Tässä tapauksessa MLDSA, verkko‑pohjainen analogia Schnorr‑allekirjoitusmenetelmälle, voitaisiin käyttää. Hajautus‑pohjainen allekirjoitusmenetelmä, kuten jokin SLH‑DSA‑variantti, voitaisiin myös käyttää sovelluksissa, jotka tarvitsevat vahvempaa turvallisuustakuuta.

Toinen on törmäyksenkestävät hajautusfunktiot, joita käytetään Merkle‑puissa, Patricia‑puissa ja hajautus‑pohjaisissa todistusjärjestelmissä. Alun perin tämä ei ole aihe, jossa kvanttietokoneet olisivat uhka. Mutta mahdollisesti jokin uusi kvanttialgoritmi voisi muuttaa sen.

Ennen‑kvanttinen TLS‑protokolla on vaarassa hyökkäyksessä, jota kutsutaan nimellä harvest‑now‑decrypt‑later (HNDL). Onneksi post‑kvanttinen TLS on jo laajasti otettu käyttöön internetissä. Esimerkiksi helmikuussa 2026 yli 60 % Cloudflaren internetliikenteestä käyttää hybridipost‑kvanttiturvallista salauspakettia X25519MLKEM768.

Sillä välin zero‑knowledge‑todistusjärjestelmät, joita käytetään yksityisyysjärjestelmissä, eivät pitäisi vaikuttaa. Muut yksityisyysjärjestelmät, joissa on kvanttihaittaisia transaktiotietoja, joiden on tarkoitus pysyä piilotettuina ikuisesti, voivat olla alttiimpia harvest‑now‑decrypt‑later -uhille.

Sijoittaminen Coinbaseen

Tämä Coinbase‑raportti kvanttiriskeistä ja kryptovaluutta‑ ja lohkoketju‑ekosysteemin valmiudesta on tärkeä, ja se heijastaa yrityksen roolia alan johtajana ja sen innovaatiosta. Tämä on suora seuraus yrityksen koosta ja merkityksestä, jonka se on ottanut viime vuosina.

Vuonna 2025 Coinbasella oli 8 miljoonaa aktiivista tiliä ja se oli maailman suurin Bitcoin‑säilyttäjä, hallinnoiden 2,4 miljoonaa BTC:tä. Tämä edustaa vähintään 12 % koko Bitcoin‑tarjonnasta.

Tänä päivänä Coinbasella, pääsovelluksensa ja kryptovaluutan vaihdon lisäksi, on useita täydentäviä palveluita:

• Coinbase One, premium‑jäsenpalvelu, joka tarjoaa nollakauppamaksut, lisättyjä staking‑palkkioita ja sopimuksia kumppaneiden kuten kryptoveroilmoituslaskurin, kryptotutkimuksen jne. kanssa.
• Coinbase Advanced</a