Hvis kvantecomputere truer blockchains, kan kvanteblockchains være forsvaret

En blockchain er en matematisk struktur, der opbevarer data sikkert over tid. Idéen er blevet berømmelse på baggrund af Bitcoin-boomet. Bitcoin er afhængig af blockchains til sikkert at opbevare sine relaterede valutatransaktioner.

Men den samme teknologi kan lagre enhver form for data – forsendelsesdata, computerprogrammers fremskridt, smarte kontrakter og så videre. Faktisk ser blockchains ud til at blive en af ​​de muliggørende teknologier i det 21. århundrede.

Og alligevel har de en akilleshæl. Sikkerheden af ​​en blockchain er garanteret af standard kryptografiske funktioner. Disse er relativt sikre, fordi at bryde dem kræver enorme computerressourcer, som ikke er almindeligt tilgængelige.

Det ser ud til at ændre sig med fremkomsten af ​​kraftfulde kvantecomputere. Det vil være en børneleg for sådanne enheder at bryde denne form for kryptografisk beskyttelse. Men kvantecomputere kan ikke bryde kvantekryptografiske koder, så forskellige grupper har foreslået at tilføje kvantekryptografi til blockchains for at garantere deres sikkerhed.

Der er en bedre, mere grundlæggende løsning, siger Del Rajan og Matt Visser ved Victoria University of Wellington i New Zealand. Kvantekryptografi tilføjer blot et kvantelag til standard blockchain-protokollen. I stedet foreslår de at gøre hele blockchain til et kvantefænomen.

Deres idé er at skabe en blockchain ved hjælp af kvantepartikler, der er viklet ind i tiden. Det ville tillade en enkelt kvantepartikel at kode alle sine forgængeres historie på en måde, der ikke kan hackes uden at ødelægge den. En sådan protokol er afhængig af fysikkens love for at garantere sikkerhed. Men det fører også til nogle usædvanlige bivirkninger. Denne decentraliserede kvanteblokkæde kan ses som en kvantenetværksbaseret tidsmaskine, siger Rajan og Visser.

Først lidt baggrund. En blockchain er simpelthen en hovedbog, der registrerer information af en bestemt type - for eksempel valutatransaktioner. Transaktionerne tilføjes løbende til en database kaldet en blok, men ved slutningen af ​​en given tidsperiode krypteres blokken ved hjælp af en matematisk enhed kaldet en hashing-funktion. Dette giver et unikt nummer, der kan bruges til at repræsentere dataene nøjagtigt.

Dette unikke nummer inkluderes derefter i den næste blok med det næste sæt transaktioner. Efter et stykke tid bliver det hele krypteret ved hjælp af hashing-funktionen for at producere et nyt unikt nummer. Dette tilføjes til næste blok. Og så videre, at skabe en kæde af blokke, der alle er indlejret i den seneste – deraf navnet blockchain.

Enhver, der forsøger at forfalske den historiske optegnelse, skal finde en måde at ændre dataene på på en måde, der ikke ændrer resultatet af hashing-funktionen. Og det er så beregningsmæssigt udfordrende, at det anses for umuligt med en klassisk computer. Men det er muligt med den slags kvantecomputere, der snart vil være tilgængelige.

Så Rajan og Visser har fundet på en anden tilgang, der er afhængig af en fuldt kvanteversion af en blockchain. Fænomenet i hjertet af deres tilgang kaldes entanglement. Når to kvantepartikler er viklet sammen, deler de den samme eksistens. Dette sker, når de interagerer på samme tidspunkt i rum og tid. Herefter påvirker en måling på den ene straks den anden, uanset hvor langt fra hinanden de måtte være.

Det, der garanterer sikkerheden, er, at sammenfiltring er ekstraordinært skrøbelig. En måling på en af ​​et par sammenfiltrede partikler ødelægger straks forbindelsen. Så hvis en ondsindet bruger forsøger at forstyrre den ene af parret, er det umiddelbart indlysende for den anden.

Ligesom partikler kan blive viklet ind i rummet, kan de også blive viklet ind over tid. Så en partikel, der eksisterer i nutiden, kan blive viklet ind i en, der eksisterede i fortiden. Og en måling på den påvirker umiddelbart dens forgænger.

Det fører til nogle subtile og kontraintuitive fænomener. For eksempel er der en særlig kvantesans, hvor det bliver muligt at påvirke fortiden. Selvfølgelig er der strenge grænser for, hvad dette gør muligt. Det er for eksempel ikke muligt at sætte gang i en række begivenheder, der vil dræbe dine bedsteforældre og dermed sikre, at du aldrig har eksisteret. Den slags paradokser er ikke tilladt.

Men det bliver sværere at skelne mellem årsag og virkning. En anden effekt er, at det bliver muligt at øge mængden af ​​information, der kan overføres gennem tiden.

Det er denne type tidsmæssig sammenfiltring, som Rajan og Visser udnytter til at producere en kvanteblokkæde. Den grundlæggende idé er at indkode data på en kvantepartikel. Dette bliver den første kvanteblok.

Når flere data er tilgængelige, kombineres dette med dataene fra den første partikel i en kvanteoperation, der sammenfiltrer den med en anden partikel. Førstnævnte kasseres derefter, og registreringen af ​​den første blok af transaktioner kombineres med den anden blok. Dataene fra en tredje blok kan tilføjes på samme måde, hvilket skaber en kæde.

Denne kæde er sikker, fordi enhver, der forsøger at manipulere med den, straks ugyldiggør den. Det er fordelen ved kvantesammenfiltring.

Denne kvanteblokkæde har en anden fordel: de tidligere blokke er fuldstændig manipulationssikre. Angriberen kan ikke engang forsøge at få adgang til de tidligere fotoner, da de ikke længere eksisterer, siger Rajan og Visser. Sammenfiltring i tid giver en langt større sikkerhedsfordel end en sammenfiltring i rummet.

Hvad mere er, det meste af teknologien til at få dette til at fungere eksisterer allerede, i det mindste i proof-of-princip-form. Alle undersystemer i dette design har allerede vist sig at være eksperimentelt realiseret, siger Rajan og Visser.

Det er interessant arbejde, der sandsynligvis vil blive mere relevant, efterhånden som kraftfulde kvantecomputere begynder at dukke op. IBM har allerede en 50-qubit kvantecomputer, og mere kraftfulde maskiner er på vej. Det er kun et spørgsmål om tid, før de bliver i stand til at underminere tilliden til blockchains.

Men en vigtig del af den nødvendige infrastruktur for at få denne form for kvanteblockchain til at fungere er endnu ikke tilgængelig: et kvanteweb. Dette er et netværk, der kan transmittere kvanteinformation via kvante-routere uden at ødelægge dets kvanteegenskaber. Denne form for system er i øjeblikket ved at blive designet og forventes at blive udrullet i Europa, USA og Kina i de kommende måneder eller år.

Faktisk er arbejdet med at bygge et sådant system i det væsentlige en ingeniøropgave snarere end en grundlæggende fysikopgave. Så det er bare et spørgsmål om tid, før en kvante blockchain bliver mulig. Om det bliver denne protokol, der fremstår som den bedste, er selvfølgelig et andet spørgsmål.

Måske kunne Rajan og Visser bruge deres kvantetidsmaskine til god brug ved at finde ud af, hvilken teknologi der i sidste ende sejrer i fremtiden!

Ref: arxiv.org/abs/1804.05979 : Quantum Blockchain Bruger Entanglement In Time

skjule