Tulevaisuuden kvanttitietokoneet tarjoavat uudenlaista laskentatehoa nykyisin mahdottomilta tuntuvien matemaattisten lukkojen avaamiseen. Samalla ne asettavat useiden kryptovaluuttojen turvallisuuden kyseenalaiseksi. Myös Bitcoinissa on löydettävä ratkaisuja kvanttitietokoneiden tuomiin haasteisiin. Tällä hetkellä valtiot ja yritykset yrittävät kilvan rakentaa yhä parempia kvanttitietokoneita, sillä palkintona voi olla koko maailman talouden hallinta.
Vuonna 1997 IBM:n shakkiin räätälöity supertietokone Deep Blue voitti silloisen shakkimestari Garry Kasparovin. Se onnistui, koska tietokone pystyi laskemaan 200 miljoonaa siirtoa sekunnissa. Nyt neljännesvuosisata myöhemmin moderni Macbook-tietokone vastaa laskentateholtaan jo noin tuhatta Deep Blue -tietokonetta.
Tietokoneiden laskentateho on kasvanut huimasti. Vuonna 2022 Suomeen saapui supertietokone Lumi, jonka laskentatehoa Tieteen tietotekniikan keskuksen CSC:n hankejohtaja Pekka Manninen kuvasi YLE:n julkaisemassa artikkelissa seuraavasti: “Samaan tehoon tarvitaan pari miljoonaa työläppäriä. Se olisi 25 kilometriä korkea torni Macbookeja.”
Uudenlaista teknologiaa
Kvanttitietokoneet eroavat merkittävästi perinteisistä tietokoneista, sillä ne toimivat täysin uudenlaisella teknologialla. Ne käyttävät tiedon varastoimiseen bittien sijaan kubitteja eli kvanttibittejä. Käytännössä tämä tarkoittaa, että tietynlaisessa laskennassa ne ovat ylivoimaisia verrattuna supertietokoneisiin.
Suomi on kvanttiteknologian kärkimaita. Espoon Otaniemessä VTT ja suomalainen startup-yritys IQM ovat saaneet valmiiksi jo toisen version kvanttitietokoneestaan. Viime vuonna kvanttitietokone Helmi esiteltiin viidellä kubitilla ja tänä vuonna saatiin käyttöön 20 kubitin versio. Ensi vuonna suunnitelmissa on julkaista 50 kubitin versio. Pari viikkoa sitten teknologiajätti IBM esitteli peräti 1 121 kubitin kvanttitietokoneen. Pelkkien kubittien määrä ei kuitenkaan kerro koko totuutta laskentatehosta, sillä nykyiset kvanttitietokoneet ovat erittäin virheherkkiä.
Tulevaisuus kuitenkin häämöttää horisontissa. IBM:n ennakoidaan kehittävän 2 000 kubitin lähes virheetöntä laskentaa tekevän kvanttitietokoneen jo reilun kymmenen vuoden kuluttua. Tämän toteutuessa kvanttivallankumous pääsee valloilleen toden teolla.
Kaikki salaukset murtuvat
Virhevapaat tuhansien kubittien kvanttitietokoneet mahdollistavat muutamassa sekunnissa sellaisten matemaattisten tehtävien ratkaisun, joiden laskeminen voisi viedä perinteisiltä supertietokoneilta jopa vuosisatoja. Useilla teollisuudenaloilla tällainen laskentateho avaisi ovia kokonaan uusiin maailmoihin mullistaen esimerkiksi lääkkeiden kehittelyn.
Kvanttitietokoneiden laskentateho avaa myös kaikki nykyisin käyttämämme digitaaliset salaukset. Edessä on valtava urakka päivittää niin internetin kuin perinteisen finanssimaailman kaikki palvelut kvanttiturvallisiksi. Keskitetysti ylläpidetyt järjestelmät on kuitenkin huomattavasti helpompi päivittää kvanttiturvallisiksi kuin kryptovaluutat. Kryptovaluuttojen hajautetusta luonteesta johtuen suuret päivitykset ovat hankalia toteuttaa ja voivat viedä vuosikausia. Tällä hetkellä yli 90 prosenttia kryptovaluutoista on vailla kvanttiturvallisuutta, eikä edes Bitcoin ole täysin turvassa.
Bitcoinin vanhat osoitteet ovat ongelmallisia
Bitcoinissa kaikki tapahtuu matematiikan säännöillä. Tilinumeroina Bitcoinissa toimivat julkiset osoitteet, jotka puolestaan on laskettu käyttäjän yksityisestä avaimesta. Yksinkertaistetusti: Julkinen avain on tilinumero, johon bitcoineja voi vastaanottaa, ja yksityinen avain puolestaan PIN-koodi, joka mahdollistaa bitcoinien käytön. Avaimet ovat pari, joka muodostaa vahvan matemaattisen lukon. Periaatteessa julkisesta avaimesta ei saada laskettua yksityisavainta, sillä se on koko Bitcoinin turvallisuuden perusta. Kvanttitietokoneilla tuo mahdottomalta kuulostava tehtävä on kuitenkin jossain vaiheessa ratkaistavissa.
Varsinaisen ongelman Bitcoinissa muodostavat vanhat julkiset osoitteet, joihin on vastaanotettu varoja ennen 1.4.2012 tullutta päivitystä. Vaarassa ovat myös osoitteet, joista osa bitcoineista on siirretty eteenpäin. Pahimmillaan jopa kolmannes maailman kaikista bitcoineista voisi olla alttiina kvanttikoneiden hyökkäyksille, ja joka tapauksessa puhumme miljoonista bitcoineista.
Bitcoinia ei myöskään voi “päivittää” kvanttiturvalliseksi tämän ongelman osalta, vaan ainoa suojauskeino on lopettaa vanhojen osoitteiden käyttö ja pyytää omistajia siirtämään omistamansa bitcoinit uusiin kvanttiturvallisiin osoitteisiin.
Satoshiksi Satoshin paikalle
Mikäli kvanttitietokoneiden avulla vanhojen osoitteiden kryptografia saadaan murrettua, ovat Bitcoinin luojan ja sittemmin vuonna 2011 kadonneen Satoshi Nakamoton louhimat bitcoinit alttiina hyökkäykselle. Hyökkääjä voisi julistautua Satoshiksi ja todistaa väitteensä käyttämällä bitcoineja Satoshille kuuluvasta osoitteesta. Markkinoille yhdenkin Bitcoin-osoitteen murtuminen aiheuttaisi varmasti valtavan tsunamin, jonka seurauksia on vaikea arvioida.
On kuitenkin hyvä muistaa, että mahdollisessa hyökkäyksessä tarvittava laskentateho on massiivinen. Karkeasti arvioiden 1 500–5 000 kubitin lähes virheettömästi toimiva kvanttitietokone voisi mahdollistaa onnistuneen hyökkäyksen. IBM:n ennusteita heijastaen tämä tarkoittaisi ajallisesti reilua vuosikymmentä.
Panoksena maailmantalouden hallinta
Tunnettu fyysikko ja Quantum Supremacy -kirjan kirjoittaja Michio Kaku totesi CBS-uutiskanavan 60-minutes ohjelmassa 4.12.2023: “Se valtio tai yritys, joka luo operatiivisesti tehokkaan ja toimivan kvanttitietokoneen, hallitsee maailmantaloutta.”
Menossa on kilpajuoksu aikaa vastaan. Kehitteillä on useita erilaisia salausratkaisuja, jotka kestävät myös kvanttitietokoneiden laskentatehon. Se lienee selvää, että maailman kaikki tietojärjestelmät on saatava kvanttiturvallisiksi seuraavan vuosikymmenen aikana.
Mika Wahlman
Kirjoittaja on toiminut 40 vuotta tietotekniikan parissa ja yli 20 vuotta IT-alan yrittäjänä. Hän on Bitcoin-asiantuntija, -luennoitsija ja valmisteilla olevan Bitcoin-kirjan kirjoittaja sekä Suomen Kryptovaluuttayhdistys Konsensus ry:n hallituksen jäsen.
