Første kvantesikrede blockchain-teknologi testet i Moskva

Interessen for kryptovalutaer er i øjeblikket på højkant med banker, virksomheder og regeringer, der kæmper for at forstå teknologien, og hvordan de kan udnytte den. Som et resultat er cryptocurrency-markedet begyndt at stige eksponentielt og nåede i sidste måned en forbløffende $90 milliarder i markedsværdi. Uanset hvad der sker derefter, ser kryptovalutaer ud til at spille en stadig mere indflydelsesrig rolle i det globale finansielle system.

Men der er et problem i horisonten. Den store udfordring med digitale kontanter er at sikre, at alle bruger dem ærligt. Og der ser ud til at være en ret god løsning i form af blockchain-teknologi. Dette garanterer ærlighed ved hjælp af kryptografiske teknikker, der i vid udstrækning anses for at være ubrydelige, undtagen ved brute force-angreb.

Og deri ligger problemet. Brute force-angreb er vanskelige for klassiske computere, men vil være nemme for den næste generation af kvantecomputere. Disse enheders enorme antal knasende kraft betyder, at så snart de er tilgængelige, vil kryptovalutaer pludselig være mere sårbare over for angreb.

Så en måde at sikre blockchain-teknologi mod kvanteangreb ville være enormt nyttig.

Indtast Evgeny Kiktenko på det russiske kvantecenter i Moskva og et par venner, der har designet, bygget og testet et kvante blockchain-system, hvor sikkerheden er garanteret af kvantemekanikken. De har bygget det ved hjælp af et standard kvantekryptografisystem af den slags, der allerede er kommercielt tilgængelig.

Først lidt baggrund. Blockchains registrerer en liste over transaktioner på en måde, der forhindrer uærlig brug, såsom manipulation eller dobbeltforbrug. De tillader enhver computer at holde styr på denne liste ved at kompilere dem i en blok, som derefter krypteres til at danne et tal kaldet en hash.

Krypteringsprocessen er vigtig. Det er en algoritme, der er nem at beregne, men svær at lave omvendt (som faktorisering). Den hashværdi, den producerer, er en unik egenskab for blokken, og enhver manipulation med posterne ville være umiddelbart indlysende, fordi dette ville ændre hashen.

Nye transaktioner samles derefter i en ny blok og føjes til den eksisterende hashværdi. Dette krypteres derefter for at skabe en ny hash til den nye blok. Dette føjes til den næste liste over transaktioner, når de er krypteret, og så videre. Resultatet er en kæde af blokke, der hver indeholder hashværdierne for alle foregående blokke - deraf udtrykket blockchain.

Alle de computere, der gemmer disse blokke, sammenligner regelmæssigt deres hash-værdier for at sikre, at de alle er enige. Enhver computer, der ikke er enig, kasserer de optegnelser, der forårsager problemet.

Denne tilgang er god, men den er ikke perfekt. En måde at spille dette system på er, at en uærlig bruger ændrer listen over transaktioner til deres fordel, men på en måde, der forlader hashen uændret. Dette kan gøres ved brute force, med andre ord ved at ændre en post, kryptere resultatet og se om hashværdien er den samme. Og hvis ikke, så prøv igen og igen og igen, indtil den finder en hash, der matcher.

Sikkerheden i blockchains er baseret på troen på, at almindelige computere kun kan udføre denne form for brute force-angreb over tidsskalaer, der er helt upraktiske, såsom universets alder. Derimod er kvantecomputere meget hurtigere og udgør derfor en meget større trussel.

Kiktenko og co har en løsning, der forhindrer kvanteangreb af denne art. Deres blockchain-teknologi er subtilt anderledes. En transaktion mellem to personer indeholder oplysningerne om afsenderen, modtageren, oprettelsestidspunktet, det beløb, der skal overføres, og en liste over referencetransaktioner, der berettiger, at afsenderen har penge nok til operationen.

Denne transaktion sendes derefter til alle computere i valutanetværket, som gemmer den indtil et på forhånd aftalt tidspunkt - f.eks. 10 minutter - hvor transaktionerne er samlet i en blok.

Den næste fase bruger en algoritme, der gør det muligt for alle parter at blive enige om, at listen over transaktioner er ærlig. Dette er baseret på beviser fra 1980'erne, hvor alle først deler deres information med alle andre computere. Dernæst kommunikerer de de oplysninger, de har modtaget fra de andre parter i netværket, så alle kan se, hvem der sagde hvad. Parterne deler så disse oplysninger i endnu en omgang og så videre, indtil de er enige om, at alle computere har samme information.

Beviset er, at det altid er muligt at opnå konsensus i færre omgange, end der er partier, forudsat at mindst to tredjedele af parterne er ærlige.

Men hvordan kan Alice i sådan et system være sikker på, at hun modtager information fra Bob og omvendt? Uden denne sikkerhed er det let for en ondsindet bruger at spille systemet ved at foregive at være mange forskellige brugere.

Det er her kvantemekanikken kommer ind. Alice og Bob kan verificere hinandens identiteter ved hjælp af en teknik kaldet kvantenøglefordeling. Dette sender information ved hjælp af kvantepartikler såsom fotoner, som ikke kan kopieres af en aflytning uden at ødelægge dem. På denne måde kan Alice og Bob være sikre på hinandens identitet.

Så grundlaget for Kiktenko og co's system er et kvanteidentifikationssystem, hvor hver part kan verificere enhver andens identitet på en måde, der er garanteret af fysikkens love. Denne kvantesignatur er knyttet til alle transaktioner, hvilket gør den umulig at pille ved.

Kiktenko og co siger, at de har bygget netop sådan et system ved hjælp af et kommercielt tilgængeligt kvantekryptografisystem fra det schweiziske firma ID Quantique. Vi har udviklet en blockchain-protokol med informationsteoretisk sikker autentificering baseret på et netværk, hvor hvert par noder er forbundet med et kvantenøgledistributionslink, siger de.

Og de har testet det i et netværk af fire brugere, hvoraf den ene forsøger at spille systemet med dobbelt forbrug. Denne protokol eliminerer [den] dobbelte forbrugstransaktion efter den anden kommunikationsrunde og tillader dannelsen af ​​en blok, der kun indeholder legitime transaktioner, siger Kiktenko og co.

Det er et interessant proof-of-princip-eksperiment, der viser, hvordan kvanteteknikker kan bruges til at sikre blockchain-teknologier.

Men det er ikke perfekt. Det forudsætter især, at mindre end en tredjedel af parterne er uærlige. Hvis mere end en tredjedel af brugerne accepterer at spille systemet, bliver det trivielt at gøre det.

Der er også betydelige teknologiske hindringer for at få dette system til at fungere i større skala. Ikke mindst af disse er skabelsen af ​​et kvante-internet for at tillade den slags transaktioner at finde sted over lange afstande. Det er en udfordring, der bør overvindes, da den i øjeblikket tackles af forskere over hele verden.

Truslen fra kvantecomputere er bestemt reel - og ikke kun for blockchain-teknologi. Enhver information, der i øjeblikket er lagret ved hjælp af konventionel kryptografi, bliver usikker, så snart den første kraftfulde nok kvantecomputer tændes.

Med det pludselige hastværk med at bruge kryptovalutaer, ville det klart være nyttigt at fremtidssikre teknologien mod denne kvantetrussel.

Ref: arxiv.org/abs/1705.09258 : Kvantesikret Blockchain

skjule