Kuantum Bilgisayarlar ve Kripto Paralar

 

Bybit TR, blok zinciri ve Web3’teki son trendleri ele aldığı seride bu hafta “Kuantum Bilgisayarlar ve Kripto Paralar” konusuna yer veriyor.

Kuantum bilgisayarlar, kuantum mekaniğinin prensiplerini kullanarak bazı problemleri klasik bilgisayarlara kıyasla çok daha verimli şekilde çözebilen güçlü makinelerdir. Henüz büyük ölçüde deneysel aşamada olsalar da ileride gelişimlerini tamamladıklarında mevcut dijital güvenlik sistemleri için (Bitcoin ve diğer kripto paraların kullandığı kriptografi de dahil) yeni tehditler oluşturabilirler.

Asimetrik Kriptografi ve İnternet Güvenliği

Asimetrik kriptografi (public-key cryptography ya da PKC olarak da bilinir), hem kripto para ekosisteminin hem de internetin temel bileşenlerinden biridir.

PKC, birbiriyle ilişkili iki anahtar kullanır:

●      Özel anahtar (private key): Gizli tutulması gerekir.

●      Açık anahtar (public key): Paylaşılabilir.

Kripto paralarda kullanıcılar işlemlerini özel anahtar ile imzalar, herkes bu imzayı ilgili açık anahtar aracılığıyla doğrulayabilir.

PKC sistemleri, anahtar çiftlerini üreten algoritmalara dayanır. Güçlü bir algoritmanın özelliği, özel anahtardan açık anahtarı hesaplamanın kolay, ancak açık anahtardan özel anahtarı hesaplamanın neredeyse imkansız olmasıdır.

Bu mantık, “trapdoor functions” olarak bilinen matematiksel fonksiyonlara dayanır. Bu fonksiyonlar tek yönlü çalışması kolay, ters yönde çözülmesi ise hesaplama açısından neredeyse imkansız fonksiyonlardır.

Kuantum Bilgisayarlar Kripto Cüzdanları Kırabilir mi?

Teoride evet; pratikte ise henüz mümkün değil. Günümüzde kullanılan algoritmalar, klasik bilgisayarlar için hesaplanması akıl almaz derecede zor trapdoor fonksiyonlara dayanır. En güçlü makineler bile bu hesaplamaları yapmaya kalksa, gereken süre pratikte imkansızdır.

Ancak kuantum bilgisayarların gelişmesiyle bu durum ileride değişebilir. Bunu daha iyi anlamak için önce klasik bilgisayarların nasıl çalıştığını inceleyelim.

Klasik Bilgisayarlar

Klasik bilgisayarlar, bilgiyi bitler aracılığıyla işler. Her bit yalnızca 0 veya 1 olabilir. Karmaşık hesaplamalar, küçük parçalara ayrılarak yapılır.

Örneğin, 4 bitlik bir anahtar için 16 olası kombinasyon vardır. Bir klasik bilgisayar, her kombinasyonu tek tek denemek zorundadır. Bit sayısı arttıkça olasılıklar üstel şekilde artar:

●      5 bit → 32 kombinasyon

●      6 bit → 64 kombinasyon

●      256 bit → evrendeki atom sayısına yakın kombinasyon

Bu nedenle, donanım hızındaki lineer artış anahtar uzayındaki üstel büyümeyi yakalayamaz. Örneğin, 55 bitlik bir anahtarın kırılması için klasik bir bilgisayarın en az bin yıl çalışması gerektiği tahmin edilmektedir.

Bitcoin cüzdanları için minimum önerilen güvenlik seviyesi 128 bit, çoğu uygulama ise 256 bitlik anahtarlar kullanır. Bu da klasik bilgisayarlarla brute-force saldırılarını imkansız hale getirir.

Kuantum Bilgisayarlar

Kuantum bilgisayarlar, qubit adı verilen kuantum bitlerini kullanır. Qubit’ler, aynı anda hem 0 hem 1 süperpozisyonunda bulunabilir. Bu özellik, kuantum dolanıklık (entanglement) ile birleştiğinde, bazı problemleri klasik bilgisayarlardan çok daha verimli çözmelerine olanak tanır.

Kriptografi açısından iki kuantum algoritması öne çıkar:

Shor Algoritması: Büyük sayıların çarpanlara ayrılmasını ve ayrık logaritmaların hesaplanmasını kolaylaştırır. RSA ve eliptik eğri kriptografisi (ECC) gibi blok zincirlerinde kullanılan sistemleri tehdit edebilir.

Grover Algoritması: Simetrik anahtarları veya hash değerlerini brute-force saldırılarında iki kat hız kazandırır. Ancak bu risk, anahtar boyutlarını iki katına çıkararak bertaraf edilebilir.

Burada yaygın bir yanılgıyı düzeltmek gerekir. Kuantum bilgisayarlar “tüm kombinasyonları aynı anda denemez.” Bunun yerine, süperpozisyon ve girişim (interference) özelliklerini kullanarak bazı yapılandırılmış problemleri çok daha hızlı çözerler.

Şu anda blok zinciri kriptografisini kırabilecek ölçekte, hata toleranslı kuantum bilgisayarlar henüz yoktur. Uzmanlar, bu tür makinelerin ortaya çıkmasının yıllar, hatta on yıllar alabileceğini öngörmektedir.

Kuantuma Dayalı Kriptografi

Kuantum bilgisayarların oluşturabileceği tehditler, araştırmacıları “post-kuantum kriptografi” (PQC) veya kuantuma dayanıklı yeni yöntemler geliştirmeye yöneltmiştir. Bu yöntemler, güçlü kuantum bilgisayarlara karşı bile güvenli kalması amaçlanan algoritmalardır.

Araştırılan yöntemler arasında şunlar bulunur:

●      Kafes tabanlı kriptografi

●      Hash tabanlı kriptografi

●      Çok değişkenli polinom kriptografisi

●      Kod tabanlı kriptografi

ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) gibi kuruluşlar, bu algoritmaları standartlaştırmak için çalışmalar yürütmektedir. Amaç, büyük ölçekli kuantum bilgisayarlar ortaya çıkmadan önce güvenli sistemlerin devreye alınmasıdır.

Simetrik kriptografide ise Grover’in algoritması güvenlik seviyesini yarıya indirir. Örneğin, AES-256 kuantum saldırılarına karşı 128 bitlik güvenlik sağlar ki bu hala güçlü kabul edilmektedir. Dolayısıyla anahtar boyutunu artırmak güvenliği korumak için yeterlidir.

Bir diğer araştırma alanı kuantum anahtar dağıtımı (QKD)’dır. Bu yöntem, kuantum özellikleri sayesinde anahtar değişiminde dinlemeyi tespit edebilir. Ancak blok zinciri kriptografisinden farklı bir alandır ve kendine özgü zorluklar barındırır.

 

Kuantum Bilgisayarlar ve Bitcoin

Bitcoin madenciliği, SHA-256 gibi kriptografik hash fonksiyonlarıyla çözülen bulmacalara dayanır. Kuantum bilgisayarlar, Grover’in algoritması sayesinde bu aramayı teorik olarak iki kat hızlandırabilir. Ancak bu, Shor’un algoritmasının sağladığı üstel hızlanma kadar güçlü değildir.

Hash fonksiyonlarının uzunluğunu veya zorluk seviyesini artırmak, bu avantajı etkisiz hale getirebilir. Çoğu araştırmacı, kuantum bilgisayarların yakın vadede Bitcoin madenciliği için ciddi bir tehdit oluşturmadığı konusunda hemfikirdir. Üstelik, kuantum bilgisayarların madencilikte pratik verimliliği de hala teorik aşamadadır.

 

Kuantuma dayanıklı blok zincirlerine geçiş

Kripto ağlarının kuantuma dayanıklı algoritmalara geçişi, büyük bir çaba gerektirecektir. Protokollerin, cüzdanların ve altyapının güncellenmesi, küresel koordinasyon ve kullanıcı katılımı ile mümkün olacaktır. Bu süreç, hard fork veya soft fork gibi adımları içerebilir ve teknik açıdan oldukça karmaşıktır.

Bitcoin ağında, bir adresin açık anahtarı yalnızca o adresten harcama yapıldığında görünür hale gelir. Bu nedenle harcanmamış adresler kuantum saldırılarına karşı daha az savunmasızdır.

 

Sonuç

Kuantum bilişim, dijital güvenlik standartlarını özellikle Bitcoin ve diğer kripto paraların kullandığı açık anahtar sistemlerini tehdit etme potansiyeline sahip dinamik bir araştırma alanıdır. Ancak günümüz itibariyle bu tehditleri gerçekleştirebilecek pratik kuantum bilgisayarlar mevcut değildir ve uzmanlar böyle makinelerin ortaya çıkmasının uzun yıllar alacağını öngörmektedir.

Kripto para sektörü ve genel dijital güvenlik toplulukları, bu gelecekteki risklere hazırlanmak için kuantuma dayanıklı algoritmalar geliştirmekte ve standartlaştırmaktadır. Şu an için kuantum bilgisayarlar, Bitcoin gibi varlıklar için acil bir risk oluşturmamaktadır. Yine de bu alandaki gelişmeleri yakından takip etmek büyük önem taşır.