Если квантовые компьютеры угрожают блокчейнам, квантовые блокчейны могут быть защитой


Квантовые компьютеры могут сломать криптографию, на которую полагаются обычные блокчейны. Теперь физики говорят, что способ перепутать настоящее с прошлым может помешать этому типу атак.

Блокчейн - это математическая структура, которая надежно хранит данные с течением времени. Эта идея приобрела известность на фоне бума биткойнов. Биткойн использует блокчейны для безопасного хранения связанных валютных операций.

Но та же технология может хранить любые данные - данные о доставке, прогресс компьютерных программ, умные контракты и так далее. Действительно, блокчейны, похоже, станут одной из передовых технологий XXI века.

И все же у них есть ахиллесова пята. Безопасность блокчейна гарантируется стандартными криптографическими функциями. Они относительно безопасны, потому что их взлом требует огромных вычислительных ресурсов, которые обычно недоступны.

Похоже, что ситуация изменится с появлением мощных квантовых компьютеров. Для таких устройств будет детской забавой сломать такую ​​криптографическую защиту. Но квантовые компьютеры не могут взломать квантовые криптографические коды, поэтому различные группы предложили добавить квантовую криптографию в блокчейны, чтобы гарантировать их безопасность.

Есть лучшее, более фундаментальное решение, говорят Дель Раджан и Мэтт Виссер из Университета Виктории в Веллингтоне в Новой Зеландии. Квантовая криптография просто добавляет квантовый слой к стандартному протоколу цепочки блоков. Вместо этого они предлагают сделать весь блокчейн квантовым явлением.

Их идея состоит в том, чтобы создать блокчейн, используя квантовые частицы, которые запутаны во времени. Это позволило бы одной квантовой частице кодировать историю всех ее предшественников так, чтобы ее нельзя было взломать, не уничтожив ее. Такой протокол опирается на законы физики, чтобы гарантировать безопасность. Однако это также приводит к необычным побочным эффектам. «Этот децентрализованный квантовый блокчейн можно рассматривать как квантовую сетевую машину времени», - говорят Раджан и Виссер.

Сначала немного предыстории. Блокчейн - это просто бухгалтерская книга, в которой записывается информация определенного типа, например, валютные операции. Транзакции постоянно добавляются в базу данных, называемую блоком, но в конце заданного периода времени блок шифруется с использованием математического устройства, называемого функцией хеширования. Это создает уникальный номер, который можно использовать для точного представления данных.

Этот уникальный номер затем включается в следующий блок со следующим набором транзакций. Через некоторое время все это шифруется с использованием функции хеширования для создания нового уникального номера. Это добавлено к следующему блоку. И так далее, создание цепочки блоков, которые все вложены в последний - отсюда и название блокчейн.

Любой, кто пытается фальсифицировать историческую запись, должен найти способ изменить данные таким образом, чтобы это не изменило результат функции хеширования. И это настолько сложно в вычислительном отношении, что это считается невозможным с классическим компьютером. Но это возможно с такими квантовыми компьютерами, которые скоро будут доступны.

Поэтому Раджан и Виссер придумали другой подход, основанный на полностью квантовой версии блокчейна. Феномен, лежащий в основе их подхода, называется запутанностью. Когда две квантовые частицы запутаны, они имеют одно и то же существование. Это происходит, когда они взаимодействуют в одной точке пространства и времени. После этого измерение одного сразу влияет на другое, независимо от того, насколько далеко они могут находиться друг от друга.

Что гарантирует безопасность, так это то, что запутанность чрезвычайно хрупка. Измерение на одной из пары запутанных частиц немедленно разрушает связь. Поэтому, если злонамеренный пользователь пытается помешать одной из пар, это сразу становится очевидным для другой.

Подобно тому, как частицы могут запутаться в пространстве, они также могут запутаться со временем. Таким образом, частица, существующая в настоящем, может быть перепутана с частицей, существовавшей в прошлом. И измерение на нем немедленно влияет на его предшественника.

Это приводит к некоторым тонким и противоречивым явлениям. Например, существует особый квантовый смысл, в котором становится возможным влиять на прошлое. Конечно, существуют строгие ограничения на то, что это делает возможным. Например, невозможно организовать серию событий, которые убьют ваших дедушку и бабушку, таким образом гарантируя, что вы никогда не существовали. Такой парадокс недопустим.

Но становится все труднее различать причину и следствие. Другой эффект заключается в том, что становится возможным увеличить объем информации, которая может быть передана во времени.

Именно этот тип временного запутывания Раджан и Виссер используют для создания квантовой цепочки блоков. Основная идея заключается в кодировании данных на квантовой частице. Это становится первым квантовым блоком.

Когда доступно больше данных, они объединяются с данными первой частицы в квантовой операции, которая связывает ее со второй частицей. Первый затем отбрасывается, и запись первого блока транзакций объединяется со вторым блоком. Данные из третьего блока могут быть добавлены таким же образом, создавая цепочку.

Эта цепь безопасна, потому что любой, кто пытается ее подделать, немедленно делает ее недействительной. Это преимущество квантовой запутанности.

Этот квантовый блокчейн имеет еще одно преимущество: более ранние блоки полностью защищены от взлома. «Злоумышленник не может даже попытаться получить доступ к предыдущим фотонам, поскольку их больше не существует», - говорят Раджан и Виссер. «Запутанность во времени обеспечивает гораздо большую выгоду безопасности, чем запутанность в пространстве».

Более того, большинство технологий для этой работы уже существует, по крайней мере, в форме доказательства принципа. «Все подсистемы этого проекта уже продемонстрированы экспериментально реализованными», - говорят Раджан и Виссер.

Это интересная работа, которая, вероятно, станет более актуальной по мере появления мощных квантовых компьютеров. У IBM уже есть 50-кубитный квантовый компьютер, и в разработке находятся более мощные машины. Это только вопрос времени, когда они станут способными подорвать доверие к блокчейнам.

Но ключевой части инфраструктуры, необходимой для работы такого типа квантовой блокчейн, пока нет: квантовая сеть. Это сеть, которая может передавать квантовую информацию через квантовые маршрутизаторы, не разрушая ее квантовые свойства. Такая система в настоящее время разрабатывается и ожидается, что она будет внедрена в Европе, США и Китае в ближайшие месяцы или годы.

Действительно, работа по созданию такой системы - это, по сути, инженерная задача, а не фундаментальная физика. Так что это просто вопрос времени, когда квантовый блокчейн станет возможным. Будет ли этот протокол лучшим, это, конечно, другой вопрос.

Возможно, Раджан и Виссер могли бы эффективно использовать свою квантовую машину времени, выяснив, какие технологии в конечном итоге победят!

Источник: https://www.technologyreview.com/s/611022/if-quantum-computers-threaten-blockchains-quantum-blockchains-could-be-the-defense/


Comments 0