Ja kvantu datori apdraud blokķēdes, kvantu blokķēdes varētu būt aizsardzība

Blokķēde ir matemātiska struktūra, kas laika gaitā droši glabā datus. Šī ideja ir kļuvusi slavena uz Bitcoin uzplaukuma fona. Bitcoin paļaujas uz blokķēdēm, lai droši uzglabātu saistītos valūtas darījumus.

Taču viena un tā pati tehnoloģija var uzglabāt jebkāda veida datus — piegādes datus, datorprogrammu progresu, viedos līgumus un tā tālāk. Patiešām, blokķēdes, šķiet, kļūs par vienu no 21. gadsimta pamattehnoloģijām.

Un tomēr viņiem ir Ahileja papēdis. Blokķēdes drošību garantē standarta kriptogrāfijas funkcijas. Tie ir samērā droši, jo, lai tos izjauktu, ir nepieciešami milzīgi skaitļošanas resursi, kas parasti nav pieejami.

Šķiet, ka tas mainīsies līdz ar jaudīgu kvantu datoru parādīšanos. Šāda veida kriptogrāfiskās aizsardzības pārkāpšana šādām ierīcēm būs bērnu spēle. Taču kvantu datori nevar izjaukt kvantu kriptogrāfijas kodus, tāpēc dažādas grupas ir ierosinājušas blokķēdēm pievienot kvantu kriptogrāfiju, lai garantētu to drošību.

Ir labāks, fundamentālāks risinājums, saka Del Rajan un Matt Visser no Velingtonas Viktorijas universitātes Jaunzēlandē. Kvantu kriptogrāfija standarta blokķēdes protokolam tikai pievieno kvantu slāni. Tā vietā viņi iesaka padarīt visu blokķēdi par kvantu fenomenu.

Viņu ideja ir izveidot blokķēdi, izmantojot kvantu daļiņas, kas ir sapinušās laikā. Tas ļautu vienai kvantu daļiņai iekodēt visu savu priekšgājēju vēsturi tādā veidā, ko nevar uzlauzt, to neiznīcinot. Šāds protokols balstās uz fizikas likumiem, lai garantētu drošību. Tomēr tas izraisa arī neparastas blakusparādības. Šo decentralizēto kvantu blokķēdi var uzskatīt par kvantu tīklā savienotu laika mašīnu, saka Rajans un Vissers.

Vispirms nedaudz fona. Blokķēde ir vienkārši virsgrāmata, kas reģistrē noteikta veida informāciju, piemēram, valūtas darījumus. Darījumi tiek nepārtraukti pievienoti datubāzei, ko sauc par bloku, bet noteiktā laika perioda beigās bloks tiek šifrēts, izmantojot matemātisko ierīci, ko sauc par jaukšanas funkciju. Tādējādi tiek iegūts unikāls numurs, ko var izmantot, lai precīzi attēlotu datus.

Pēc tam šis unikālais numurs tiek iekļauts nākamajā blokā ar nākamo darījumu kopu. Pēc kāda laika tas viss tiek šifrēts, izmantojot jaukšanas funkciju, lai izveidotu jaunu unikālu numuru. Tas tiek pievienots nākamajam blokam. Un tā tālāk, izveidojot bloku ķēdi, kas visi ir ligzdoti jaunākajā blokā, tāpēc arī nosaukums blockchain.

Ikvienam, kurš mēģina viltot vēsturisko ierakstu, ir jāatrod veids, kā mainīt datus tādā veidā, kas nemaina jaukšanas funkcijas iznākumu. Un tas ir tik sarežģīti skaitļošanas ziņā, ka tiek uzskatīts par neiespējamu ar klasisko datoru. Bet tas ir iespējams ar tādiem kvantu datoriem, kas drīz būs pieejami.

Tātad Rajans un Vissers ir nākuši klajā ar atšķirīgu pieeju, kas balstās uz blokķēdes pilnībā kvantu versiju. Parādību, kas ir viņu pieejas pamatā, sauc par sapīšanās. Kad divas kvantu daļiņas ir sapinušās, tām ir viena un tā pati eksistence. Tas notiek, kad tie mijiedarbojas vienā un tajā pašā telpas un laika punktā. Pēc tam mērījumi vienam uzreiz ietekmē otru neatkarīgi no tā, cik tālu tie atrodas.

Drošību garantē tas, ka sapīšanās ir ārkārtīgi trausla. Mērījums vienā no sapinušo daļiņu pāra nekavējoties iznīcina saiti. Tātad, ja ļaunprātīgs lietotājs mēģina iejaukties vienam no pāriem, tas uzreiz kļūst skaidrs otram.

Tāpat kā daļiņas var sapīties visā telpā, tās laika gaitā var arī sapīties. Tātad daļiņa, kas pastāv tagadnē, var sapīties ar kādu, kas pastāvēja pagātnē. Un mērījums uz tā nekavējoties ietekmē tā priekšgājēju.

Tas noved pie dažām smalkām un pretintuitīvām parādībām. Piemēram, ir īpaša kvantu izjūta, kurā kļūst iespējams ietekmēt pagātni. Protams, tam ir stingri ierobežojumi, ko tas padara iespējamu. Nav iespējams, piemēram, apmācīt notikumu virkni, kas nogalinās jūsu vecvecākus, tādējādi nodrošinot, ka jūs nekad neesat eksistējis. Šāds paradokss nav pieļaujams.

Taču kļūst grūtāk atšķirt cēloni un sekas. Vēl viens efekts ir tāds, ka kļūst iespējams palielināt laika gaitā pārsūtāmās informācijas apjomu.

Tieši šāda veida laika sapīšanos Rajans un Visers izmanto, lai izveidotu kvantu blokķēdi. Pamatideja ir datu kodēšana uz kvantu daļiņām. Tas kļūst par pirmo kvantu bloku.

Kad ir pieejami vairāk datu, tie tiek apvienoti ar datiem no pirmās daļiņas kvantu operācijā, kas to sapina ar otro daļiņu. Pēc tam pirmais tiek izmests, un pirmā darījumu bloka ieraksts tiek apvienots ar otro bloku. Tādā pašā veidā var pievienot datus no trešā bloka, izveidojot ķēdi.

Šī ķēde ir droša, jo ikviens, kas mēģina to iejaukt, nekavējoties padara to par nederīgu. Tā ir kvantu sapīšanās priekšrocība.

Šai kvantu blokķēdei ir vēl viena priekšrocība: iepriekšējie bloki ir pilnībā aizsargāti pret viltojumiem. Uzbrucējs pat nevar mēģināt piekļūt iepriekšējiem fotoniem, jo ​​tie vairs nepastāv, saka Rajans un Vissers. Sapīšanās laikā sniedz daudz lielāku drošības ieguvumu nekā sapīšanās telpā.

Turklāt lielākā daļa tehnoloģiju šī darba veikšanai jau pastāv, vismaz principiālā pierādījuma veidā. Visas šī dizaina apakšsistēmas jau ir pierādītas kā eksperimentāli realizētas, saka Rajan un Visser.

Tas ir interesants darbs, kas, visticamāk, kļūs aktuālāks, kad sāk parādīties jaudīgi kvantu datori. IBM jau ir 50 kubitu kvantu dators, un tiek gatavotas jaudīgākas iekārtas. Tas ir tikai laika jautājums, kad tie spēs iedragāt uzticību blokķēdēm.

Taču vēl nav pieejama galvenā infrastruktūras daļa, kas nepieciešama, lai nodrošinātu šāda veida kvantu blokķēdes darbību: kvantu tīmeklis. Šis ir tīkls, kas var pārraidīt kvantu informāciju, izmantojot kvantu maršrutētājus, neiznīcinot tā kvantu īpašības. Šāda veida sistēma pašlaik tiek izstrādāta, un ir paredzams, ka tuvāko mēnešu vai gadu laikā tā tiks ieviesta Eiropā, ASV un Ķīnā.

Patiešām, šādas sistēmas izveides darbs būtībā ir inženierijas uzdevums, nevis fundamentālas fizikas uzdevums. Tāpēc tas ir tikai laika jautājums, pirms kļūs iespējama kvantu blokķēde. Tas, vai šis protokols izrādīsies labākais, protams, ir cits jautājums.

Iespējams, Radžans un Visers varētu likt lietā savu kvantu laika mašīnu, uzzinot, kāda tehnoloģija galu galā uzvarēs nākotnē!

Atsauce: arxiv.org/abs/1804.05979 : kvantu blokķēde, izmantojot sapīšanu laikā

paslēpties