Jei kvantiniai kompiuteriai kelia grėsmę blokų grandinėms, kvantinės blokų grandinės galėtų būti apsauga

Blockchain yra matematinė struktūra, kuri laikui bėgant saugiai saugo duomenis. Idėja išgarsėjo dėl Bitcoin bumo. Bitcoin remiasi blokų grandinėmis, kad galėtų saugiai saugoti susijusias valiutos operacijas.

Tačiau ta pati technologija gali saugoti bet kokius duomenis – siuntimo duomenis, kompiuterių programų eigą, išmaniąsias sutartis ir pan. Iš tiesų, blokų grandinės, atrodo, taps viena iš įgalinančių XXI amžiaus technologijų.

Ir vis dėlto jie turi Achilo kulną. Blockchain saugumą garantuoja standartinės kriptografinės funkcijos. Jie yra gana saugūs, nes norint juos sulaužyti, reikalingi didžiuliai skaičiavimo ištekliai, kurių paprastai nėra.

Panašu, kad tai pasikeis atsiradus galingiems kvantiniams kompiuteriams. Tokiems įrenginiams sulaužyti tokią kriptografinę apsaugą bus vaikų žaidimas. Tačiau kvantiniai kompiuteriai negali sulaužyti kvantinių kriptografinių kodų, todėl įvairios grupės pasiūlė prie blokų grandinių pridėti kvantinę kriptografiją, kad būtų užtikrintas jų saugumas.

Del Rajanas ir Mattas Visseris iš Velingtono Viktorijos universiteto Naujojoje Zelandijoje, yra geresnis, esminis sprendimas. Kvantinė kriptografija tik prideda kvantinį sluoksnį prie standartinio blokų grandinės protokolo. Vietoj to, jie siūlo visą blokų grandinę paversti kvantiniu reiškiniu.

Jų idėja yra sukurti blokų grandinę naudojant kvantines daleles, kurios yra įsipainiojusios laiku. Tai leistų vienai kvantinei dalelei užkoduoti visų savo pirmtakų istoriją taip, kad jos nebūtų galima nulaužti jos nesunaikinus. Toks protokolas remiasi fizikos dėsniais, kad užtikrintų saugumą. Tačiau tai taip pat sukelia neįprastą šalutinį poveikį. Į šią decentralizuotą kvantinę blokų grandinę galima žiūrėti kaip į kvantinio tinklo laiko mašiną, sako Rajanas ir Visseris.

Pirmiausia šiek tiek fono. Blockchain yra tiesiog knyga, kurioje įrašoma tam tikro tipo informacija, pavyzdžiui, valiutos operacijos. Operacijos nuolat pridedamos prie duomenų bazės, vadinamos bloku, tačiau tam tikro laikotarpio pabaigoje blokas užšifruojamas naudojant matematinį įrenginį, vadinamą maišos funkcija. Taip gaunamas unikalus numeris, kuris gali būti naudojamas tiksliai duomenims pateikti.

Tada šis unikalus numeris įtraukiamas į kitą bloką su kitu operacijų rinkiniu. Po kurio laiko visa tai užšifruojama naudojant maišos funkciją, kad būtų sukurtas naujas unikalus numeris. Tai pridedama prie kito bloko. Ir taip toliau, sukuriant blokų grandinę, kuri yra įdėta į naujausią bloką – taigi ir pavadinimas „blockchain“.

Kiekvienas, bandantis suklastoti istorinį įrašą, turėtų rasti būdą, kaip pakeisti duomenis taip, kad nepakeistų maišos funkcijos rezultatas. Ir tai yra toks sudėtingas skaičiavimas, kad manoma, kad tai neįmanoma naudojant klasikinį kompiuterį. Tačiau tai įmanoma naudojant tokius kvantinius kompiuterius, kurie netrukus bus prieinami.

Taigi Rajanas ir Visseris sugalvojo kitokį požiūrį, kuris remiasi visiškai kvantine blokų grandinės versija. Reiškinys, esantis jų požiūrio centre, vadinamas įsipainiojimu. Kai susipainioja dvi kvantinės dalelės, jos turi tą patį egzistavimą. Tai atsitinka, kai jie sąveikauja tame pačiame erdvės ir laiko taške. Po to vieno išmatavimai iš karto paveikia kitą, nesvarbu, kaip toli jie būtų vienas nuo kito.

Saugumą garantuoja tai, kad įsipainiojimas yra nepaprastai trapus. Vienos iš įsipainiojusių dalelių poros matavimas iškart sunaikina ryšį. Taigi, jei piktybinis vartotojas bando kištis į vieną iš porų, tai iškart akivaizdu kitam.

Kaip dalelės gali įsipainioti erdvėje, laikui bėgant jos taip pat gali įsipainioti. Taigi dalelė, egzistuojanti dabartyje, gali būti supainiota su ta, kuri egzistavo praeityje. Ir jo matavimas iš karto daro įtaką jo pirmtakui.

Tai veda prie kai kurių subtilių ir priešingų reiškinių. Pavyzdžiui, yra ypatingas kvantinis pojūtis, kuriuo tampa įmanoma daryti įtaką praeičiai. Žinoma, yra griežtos ribos, ką tai leidžia. Pavyzdžiui, neįmanoma surengti įvykių, kurie nužudys jūsų senelius, taip užtikrinant, kad jūs niekada neegzistavote. Toks paradoksas neleidžiamas.

Tačiau tampa sunkiau atskirti priežastį nuo pasekmės. Kitas efektas yra tai, kad tampa įmanoma padidinti informacijos, kuri gali būti perduodama per laiką, kiekį.

Būtent tokio tipo laikiną susipainiojimą Rajanas ir Visseris išnaudoja kurdami kvantinę blokų grandinę. Pagrindinė idėja yra užkoduoti duomenis apie kvantinę dalelę. Tai tampa pirmuoju kvantiniu bloku.

Kai yra daugiau duomenų, jie sujungiami su pirmosios dalelės duomenimis atliekant kvantinę operaciją, kuri ją supainioja su antrąja dalele. Tada pirmasis atmetamas, o pirmojo operacijų bloko įrašas sujungiamas su antruoju bloku. Tokiu pat būdu galima pridėti duomenis iš trečiojo bloko, sukuriant grandinę.

Ši grandinė yra saugi, nes kiekvienas, bandantis ją sugadinti, nedelsiant ją panaikina. Tai yra kvantinio susipynimo pranašumas.

Ši kvantinė blokų grandinė turi dar vieną pranašumą: ankstesni blokai yra visiškai apsaugoti nuo klastojimo. Užpuolikas negali net bandyti pasiekti ankstesnių fotonų, nes jų nebėra, sako Rajanas ir Visseris. Įsipainiojimas laike suteikia daug didesnę saugumo naudą nei įsipainiojimas erdvėje.

Be to, dauguma technologijų, skirtų šiam darbui atlikti, jau yra, bent jau principo įrodymo forma. Jau buvo įrodyta, kad visos šio dizaino posistemės buvo įgyvendintos eksperimentiškai, sako Rajanas ir Visseris.

Tai įdomus darbas, kuris greičiausiai taps aktualesnis, kai pasirodys galingi kvantiniai kompiuteriai. IBM jau turi 50 kubitų kvantinį kompiuterį, o galingesnės mašinos yra ruošiamos. Tik laiko klausimas, kada jie sugebės pakirsti pasitikėjimą blokų grandinėmis.

Tačiau pagrindinė infrastruktūros dalis, reikalinga tokiai kvantinei blokų grandinei, dar nepasiekiama: kvantinis tinklas. Tai tinklas, galintis perduoti kvantinę informaciją per kvantinius maršrutizatorius, nesunaikindamas jo kvantinių savybių. Tokio tipo sistema šiuo metu kuriama ir tikimasi, kad per ateinančius mėnesius ar metus ji bus įdiegta Europoje, JAV ir Kinijoje.

Iš tiesų, tokios sistemos kūrimo darbas iš esmės yra inžinerinis, o ne pagrindinės fizikos uždavinys. Taigi tai tik laiko klausimas, kada kvantinė blokų grandinė taps įmanoma. Žinoma, kitas klausimas, ar šis protokolas bus geriausias.

Galbūt Rajanas ir Visseris galėtų tinkamai panaudoti savo kvantinę laiko mašiną, sužinoję, kokios technologijos galiausiai triumfuoja ateityje!

Nuoroda: arxiv.org/abs/1804.05979 : Kvantinė blokų grandinė naudojant įsipainiojimą laiku

paslėpti