Pierwsza zabezpieczona kwantowo technologia Blockchain przetestowana w Moskwie

Zainteresowanie kryptowalutami jest obecnie w gorączce, a banki, firmy i rządy ścigają się, aby zrozumieć technologię i sposoby jej wykorzystania. W rezultacie rynek kryptowalut zaczął gwałtownie rosnąć, a w zeszłym miesiącu osiągnął zdumiewającą kapitalizację rynkową 90 miliardów dolarów. Cokolwiek wydarzy się dalej, kryptowaluty z pewnością będą odgrywać coraz bardziej wpływową rolę w globalnym systemie finansowym.

Ale na horyzoncie pojawia się problem. Wielkim wyzwaniem związanym z cyfrową gotówką jest zapewnienie, że wszyscy uczciwie z niej korzystają. I wydaje się, że jest całkiem dobre rozwiązanie w postaci technologii blockchain. Gwarantuje to uczciwość przy użyciu technik kryptograficznych, które są powszechnie uważane za nie do złamania, z wyjątkiem ataków brute force.

I na tym polega problem. Ataki typu brute force są trudne dla klasycznych komputerów, ale będą łatwe dla następnej generacji komputerów kwantowych. Ogromna moc tych urządzeń do przełamywania liczb oznacza, że ​​gdy tylko będą dostępne, kryptowaluty staną się nagle bardziej podatne na ataki.

Tak więc sposób zabezpieczenia technologii blockchain przed atakiem kwantowym byłby niezwykle przydatny.

Wchodzi Evgeny Kiktenko z Rosyjskiego Centrum Kwantowego w Moskwie i kilku kumpli, którzy zaprojektowali, zbudowali i przetestowali kwantowy system blockchain, w którym bezpieczeństwo jest gwarantowane przez mechanikę kwantową. Zbudowali go przy użyciu standardowego systemu kryptografii kwantowej, który jest już dostępny na rynku.

Najpierw trochę tła. Blockchainy rejestrują listę transakcji w sposób, który zapobiega nieuczciwemu użyciu, takiemu jak manipulacje lub podwójne wydatki. Pozwalają każdemu komputerowi śledzić tę listę, kompilując je w blok, który jest następnie szyfrowany w celu utworzenia liczby zwanej haszem.

Ważny jest proces szyfrowania. Jest to algorytm łatwy do obliczenia, ale trudny do wykonania w odwrotnej kolejności (jak faktoryzacja). Wartość skrótu, którą generuje, jest unikalną właściwością bloku, a każda ingerencja w rekordy byłaby natychmiast oczywista, ponieważ zmieniłoby to skrót.

Nowe transakcje są następnie zbierane w nowy blok i dodawane do istniejącej wartości skrótu. Jest to następnie szyfrowane, aby utworzyć nowy skrót dla nowego bloku. Jest to dodawane do następnej listy transakcji, gdy są zaszyfrowane i tak dalej. Wynikiem jest łańcuch bloków, z których każdy zawiera wartości skrótu wszystkich poprzednich bloków — stąd termin blockchain.

Wszystkie komputery, które przechowują te bloki, regularnie porównują swoje wartości skrótów, aby upewnić się, że wszystkie są zgodne. Każdy komputer, który się nie zgadza, odrzuca rekordy powodujące problem.

Takie podejście jest dobre, ale nie idealne. Jednym ze sposobów gry w ten system jest zmiana listy transakcji przez nieuczciwego użytkownika na swoją korzyść, ale w sposób, który pozostawia niezmieniony hash. Można to zrobić brutalną siłą, innymi słowy, zmieniając rekord, szyfrując wynik i sprawdzając, czy wartość skrótu jest taka sama. A jeśli nie, próbuj raz za razem, aż znajdzie pasujący skrót.

Bezpieczeństwo blockchainów opiera się na przekonaniu, że zwykłe komputery mogą przeprowadzać tego rodzaju brutalne ataki siłowe tylko w całkowicie niepraktycznych skalach czasowych, takich jak wiek wszechświata. Z kolei komputery kwantowe są znacznie szybsze i w konsekwencji stanowią znacznie większe zagrożenie.

Kiktenko i spółka mają rozwiązanie, które zapobiega tego rodzaju atakom kwantowym. Ich technologia blockchain jest nieco inna. Transakcja między dwiema osobami zawiera informacje o nadawcy, odbiorcy, czasie utworzenia, kwocie do przelania oraz listę transakcji referencyjnych, które uzasadniają, że nadawca ma wystarczające środki na operację.

Transakcja ta jest następnie wysyłana do wszystkich komputerów w sieci walutowej, które przechowują ją do pewnego wcześniej ustalonego czasu — powiedzmy 10 minut — kiedy transakcje zostaną zebrane w blok.

W kolejnym etapie wykorzystuje się algorytm, który pozwala wszystkim stronom uzgodnić, że lista transakcji jest uczciwa. Jest to oparte na dowodach z lat 80., w których każdy najpierw udostępnia swoje informacje wszystkim innym komputerom. Następnie przekazują informacje, które otrzymali od innych stron w sieci, pozwalając każdemu zobaczyć, kto co powiedział. Strony następnie udostępniają te informacje w kolejnej rundzie i tak dalej, dopóki nie zgodzą się, że wszystkie komputery mają te same informacje.

Dowodem jest to, że zawsze możliwe jest osiągnięcie konsensusu w mniejszej liczbie rund niż jest partii, pod warunkiem, że przynajmniej dwie trzecie partii jest uczciwych.

Ale w takim systemie, skąd Alicja może być pewna, że ​​otrzymuje informacje od Boba i na odwrót? Bez tej pewności złośliwemu użytkownikowi łatwo jest oszukać system podszywając się pod wielu różnych użytkowników.

W tym miejscu wkracza mechanika kwantowa. Alicja i Bob mogą zweryfikować swoją tożsamość za pomocą techniki zwanej kwantową dystrybucją kluczy. Wysyła informacje za pomocą cząstek kwantowych, takich jak fotony, których podsłuchiwacz nie może skopiować bez ich zniszczenia. W ten sposób Alicja i Bob mogą być pewni swojej tożsamości.

Tak więc podstawą systemu Kiktenko i spółki jest kwantowy system identyfikacji, w którym każda ze stron może zweryfikować tożsamość każdej innej w sposób gwarantowany przez prawa fizyki. Ta sygnatura kwantowa jest dołączana do każdej transakcji, co uniemożliwia manipulację.

Kiktenko i spółka twierdzą, że zbudowali właśnie taki system przy użyciu komercyjnie dostępnego systemu kryptografii kwantowej szwajcarskiej firmy ID Quantique. Opracowaliśmy protokół blockchain z teoretycznie bezpiecznym uwierzytelnianiem informacji opartym na sieci, w której każda para węzłów jest połączona łączem dystrybucji klucza kwantowego.

Przetestowali go w sieci czterech użytkowników, z których jeden próbuje oszukać system przez podwójne wydatki. Protokół ten eliminuje transakcję podwójnego wydatkowania po drugiej rundzie komunikacji i pozwala na utworzenie bloku zawierającego tylko legalne transakcje, powiedzmy Kiktenko i spółka.

To interesujący eksperyment sprawdzający zasadę, który pokazuje, w jaki sposób techniki kwantowe mogą być wykorzystywane do zabezpieczania technologii blockchain.

Ale to nie jest idealne. W szczególności zakłada, że ​​mniej niż jedna trzecia stron jest nieuczciwa. Jeśli więcej niż jedna trzecia użytkowników zgadza się na grę w system, staje się to trywialne.

Istnieją również istotne przeszkody technologiczne, które sprawiają, że ten system działa na większą skalę. Jednym z nich jest stworzenie kwantowego Internetu, który pozwala na dokonywanie tego rodzaju transakcji na duże odległości. To wyzwanie, które należy przezwyciężyć, biorąc pod uwagę, że obecnie zajmują się nim naukowcy na całym świecie.

Zagrożenie ze strony komputerów kwantowych jest z pewnością realne — i to nie tylko w przypadku technologii blockchain. Wszelkie informacje, które są obecnie przechowywane przy użyciu konwencjonalnej kryptografii, staną się niezabezpieczone, gdy tylko zostanie włączony pierwszy komputer kwantowy o wystarczająco dużej mocy.

W związku z nagłym pośpiechem do korzystania z kryptowalut, z pewnością przydatne byłoby zabezpieczenie technologii w przyszłości przed tym zagrożeniem kwantowym.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1705.09258 : Kwantowo zabezpieczony łańcuch bloków

ukryć