Kuinka kvanttitietokone vaikuttaa blockchainiin?

blogi 1NewsDevelopersEnterpriseBlockchain ExplainedTapahtumat ja konferenssitPainaUutiskirjeet

tilaa uutiskirjeemme.

Sähköpostiosoite

Kunnioitamme yksityisyyttäsi

EtusivuBlogiBlockchain Development

Kuinka kvanttitietokone vaikuttaa blockchainiin?

Näkemyksiä kvanttilaskennasta, sen mahdollisesta riskistä Ethereumille ja pyrkimyksistä standardoida kvanttiresistenttejä julkisen avaimen salausalgoritmeja. Kirjoittanut Amira Bouguera 3. joulukuuta 2019 Lähetetty 3. joulukuuta 2019

kvantti-ylivalta-sankari

Löydämme uuden todellisuuden. Aikoinaan käsittämättömiä asioita on tulossa todellisiksi ja osaksi maailmaa. Kvanttivaltuuden saavuttaminen on yksi monumentaalisista läpimurroista, jotka mullistavat historian. Mutta mitä vaikutuksia sillä on Ethereumiin? Salauskirjoittaja ja lohkoketjututkija Amira Bouguera selittää seuraavassa artikkelissa.

“Kvanttijääkaappi” pitää qubitit erittäin matalassa lämpötilassa, jota tarvitaan laskentaan Lähde: Microsoft

”Tiede tarjoaa aikamme rohkeimman metafysiikan. Se on täysin inhimillinen rakenne, jota ajaa usko, että jos unelmoimme, painamme löytääksemme, selittäisimme ja uneksisimme uudelleen, maailma tulee jotenkin selkeämmäksi ja ymmärrämme maailmankaikkeuden todelliset oudot. “

TL; DR:

  • Kvanttilaskennalla on kyky simuloida kvanttifysiikkaa tietokoneella.
  • Googlen tutkijat väittivät saavuttaneensa Quantum Supremacyn.
  • Silti on vielä monia vuosia, kunnes Ethereum kokee uhan nykyisille salauksille.
  • ECDSA-järjestelmä tapahtumien allekirjoittamiseen on uhattuna, mutta se korvataan Ethereum 2.0 Serenity -päivityksen aikana.
  • Kehittäjät testaavat erilaisia ​​kvanttiresistenttejä allekirjoitusvaihtoehtoja, kuten XMSS, hash ladder signatures ja SPHINCS ECDSA: n korvaamiseksi. 
  • Kukaan ei tiedä, milloin kvanttivoima iskee, mutta kun se tapahtuu, Ethereum valmistautuu.

Matka kvanttilaskentaan alkaa vuonna 1981, kun loistava Nobelin palkinnon voittaja Feynman nosti seuraavan kysymyksen MIT: n fysiikan ja laskennan konferenssissa:

“Voimmeko simuloida fysiikkaa tietokoneella?”

Tuolloin kukaan ei ajatellut, että se voisi olla mahdollista. Tämä palaa fysiikan määritelmään ja klassisten tietokoneiden rajoihin. Fysiikka on energian, aineen ja niiden välisen vuorovaikutuksen tutkimus. Maailmamme ja todellisuus sinänsä ovat luonteeltaan kvanttisia; elektroneja on useita tiloja kerralla, emmekä voi mallintaa sitä oikein klassisilla tietokoneilla. Jokaisen mahdollisuuden laskeminen on heille liikaa, esimerkiksi:

10 elektronin molekyyli = 1000 mahdollista tilaa

Molekyyli, jossa on 20 elektronia = yli miljoona mahdollista tilaa

Feynmanin puhe ja mukana oleva paperi vuonna 1982 on ensimmäinen työ, joka käsittelee nimenomaisesti kvanttimekaanisilla periaatteilla toimivan koneen rakentamista. Hän keskusteli ajatuksesta universaalista kvanttisimulaattorista, eli koneesta, joka käyttäisi kvanttiefektejä muiden kvanttiefektien tutkimiseen ja simulaatioiden suorittamiseen..

Tech jättiläiset kilpailevat rakentamaan ensimmäisen kvanttitietokoneen, laite, jolla on miljoonia kertoja suurempi käsittelyvoima kuin kaikki tällä hetkellä maan päällä olevat tietokoneet yhteensä. Äskettäin tieteellisessä lehdessä julkaistussa artikkelissa, Luonto, Google ilmoitti, että se on ymmärtänyt sen, mitä kerran pidettiin mahdottomana: kvantti-ylivallan saavuttaminen. 

Mikä on Quantum Supremacy?

Kvantti-ylivallan selittämiseksi on syytä kuvata kvanttitietokoneiden toiminta. 

Kvanttitietokoneessa meillä on kvanttibittejä (qubittejä), jotka voivat olla tilassa 0 tai 1 tai molemmat kerralla, kun taas klassisia tietokoneita edustavat bitit, jotka voivat olla joko tilassa 0 tai 1.

Qubitit voivat olla mitä tahansa kvanttikäyttäytymistä: elektroni, atomi tai molekyyli. 

Ero bitin ja qubitin välilläEro bitin ja qubitin välillä

Kvanttimekaniikan kaksi keskeistä näkökohtaa ovat päällekkäisyys ja takertuminen. Nämä kaksi käsitettä ovat kvanttitietokoneen supervoiman salaisuus.

Päällekkäisyys on poikkeuksellinen ilmiö kvanttifysiikassa, jota kvanttitietokoneet hyödyntävät. Sen avulla hiukkanen voi olla olemassa kahdessa erillisessä tilassa kerralla, koska se on kytketty satunnaiseen subatomiset tapahtuma, joka voi tapahtua tai ei. 

Schrödingerin kissakokeiluSchrödingerin kissakokeilu

Kissa, jossa on Geiger-laskuri ja vähän myrkkyä suljetussa laatikossa. Kvanttimekaniikka kertoo, että jonkin ajan kuluttua kissa on sekä elossa että kuollut. “                        

Voiko kissa olla kuollut ja elossa samanaikaisesti? 

Schrödingerin kissakokeilu: tuloksen todennäköisyysSchrödingerin kissakokeilu: tuloksen todennäköisyys

Emme tiedä, onko kissa kuollut vai elossa, ennen kuin katsomme, ja kun teemme, se on joko kuollut tai elossa, mutta jos toistamme saman kokeen riittävän kissan kanssa, näemme, että puolet ajasta, kissa selviää ja puolet ajasta, jolloin hän kuolee.

Milloin kvanttijärjestelmä lakkaa olemasta tilojen päällekkäisenä ja siitä tulee yksi tai toinen?

Kvanttifysiikassa takertuminen Hiukkaset kuvaa suhdetta niiden perusominaisuuksien välillä, joita ei voi tapahtua sattumalta. Tämä voi viitata tiloihin, kuten niiden liikemäärään, sijaintiin tai polarisaatioon.

Schrödingerin kokeilu: sotkeutunut kissaSchrödingerin kokeilu: sotkeutunut kissa

Tietäen jotain näistä ominaisuuksista yhdelle hiukkaselle kertoo jotain samasta ominaisuudesta toiselle. Tämä tarkoittaa, että henkilö, joka avasi laatikon edellisessä kokemuksessa, on sotkeutunut tai sidottu kissan kanssa ja että “kissan tilan havainnointi” ja “kissan tila” vastaavat toisiaan.

Kvanttitietokoneiden tila tänään

Nykyään termi “kvanttitietokoneet” ei enää rajoitu tieteellisiin aikakauslehtiin ja fysiikan konferensseihin. Monet pelaajat taistelevat siitä, kuka pystyy rakentamaan ensimmäisen tehokkaan kvanttitietokoneen. Näitä ovat kaupalliset yksiköt, kuten Google, Rigetti, IBM, Intel, D-Wave, IonQ ja Microsoft. Lisäksi, käytännössä kaikki suuret kansallisvaltiot käyttävät tällä hetkellä miljardeja dollareita kvanttilaskennan kehittämiseen ja tutkimukseen.

Lähde: StatistaLähde: Statista

Kvantti-ylivallan kilpailu 

Kvantti-ylivalta on käsitys kvanttitietokoneesta, joka tekee jotain, mitä klassiset tietokoneet eivät yksinkertaisesti voi kohtuudella tehdä. Tässä tapauksessa raportoitu Google-paperi väitti pystyvänsä suorittamaan tehtävän (tietyn satunnaislukugeneraation) QC: lle 200 sekunnissa (3 minuuttia 20 sekuntia) verrattuna siihen, mitä supertietokoneella kestää 10000 vuotta. 

Google on käyttänyt Sycamorea, äskettäin kehitettyä 53-kvittistä kvanttiprosessoriaan kvanttiylivallan saavuttamiseksi. Tämän porttipohjaisen suprajohtavan järjestelmän tarkoituksena on tarjota testipohja järjestelmän virhesuhteiden ja niiden skaalautuvuuden tutkimiseen qubit-tekniikka, sekä kvanttisovellukset simulointi, optimointi, ja koneoppiminen.

Sycamore-siruSycamore-siru (Lähde)

Vaikka Googlen saavutus oli valtava edistysaskel kvanttitietokoneiden edistämisessä, merkittäviä virstanpylväitä on vielä edessä, ennen kuin kaupallisesti kannattava kvanttitietokone, jota voidaan käyttää reaalimaailman ongelmien ratkaisemiseen, voi olla olemassa.

Laskee kvantti kyberturvallisuusuhan?

Kvanttilaskenta on valloittamaton voima, jolla on kaksi puolta. Yhtäältä se edustaa merkittävää läpimurtoa tieteen, hengenpelastavien lääketieteellisten edistysaskeleiden ja taloudellisten strategioiden aloilla. Toisaalta sillä on valta rikkoa nykyiset salausjärjestelmät, joita käytetään tietojen suojaamiseen.

Useimpien tällä hetkellä käytössä olevien salausmenetelmien turvallisuus, joko salaukseen tai digitaaliseen allekirjoitukseen, perustuu joidenkin matemaattisten ongelmien ratkaisemisen kovuuteen.

Otetaan seuraavat esimerkit:

Laskettaessa erillisiä logaritmeja ja factoring kokonaislukuja ovat erillisiä ongelmia, ne molemmat voidaan ratkaista käyttämällä kvanttitietokoneita.

  • Vuonna 1994 amerikkalainen matemaatikko Peter Shor keksi kvanttialgoritmi joka murtaa RSA-algoritmin polynomiajassa 300 biljoonaa vuotta verraten klassiseen RSA-tietokoneeseen, jossa on 2048-bittinen.
  • ECDSA on osoittautunut alttiiksi a Shorin algoritmin muokattu versio ja se on vielä helpompi ratkaista kuin RSA kvanttitietokoneita pienemmän avaintilan vuoksi.  
  • 160-bittinen elliptinen käyrä kryptografinen avain voidaan rikkoa kvanttitietokoneella käyttämällä noin 1000 kvittiä, kun taas turvallisuustason vastaava 1024-bittinen RSA-moduuli huomioon ottaen vaatisi noin 2000 kvittiä.
Kuinka tämä vaikuttaisi Ethereumiin? 

Ethereum käyttää tällä hetkellä elliptisiä käyräpohjaisia ​​järjestelmiä, kuten ECDSA-järjestelmä tapahtumien allekirjoittamiseen ja BLS: ää allekirjoitusten yhdistäminen; kuitenkin, kuten edellä mainittiin, elliptinen käyräsalaus, jossa turvallisuus perustuu erillisen logaritmin ratkaisemisvaikeuksiin, on herkkä kvanttilaskennalle ja se on korvattava kvanttiresistentillä kaavalla.

Hajautusfunktio SHA-256 on kvanttivarmaa, mikä tarkoittaa, että ei ole olemassa tehokasta tunnettua algoritmia, klassista tai kvanttia, joka voisi kääntää sen.

Vaikka kvanttialgoritmi on tunnettu, Groverin algoritmi, SHA-256, joka suorittaa “kvanttihaun” mustan laatikon toiminnon yli, on osoittautunut turvalliseksi sekä törmäyksiltä että ennalta kuvahyökkäyksiltä. Itse asiassa Groverin algoritmi voi vain vähentää mustan laatikon funktion, tässä tapauksessa SHA: n, kyselyjä √N: ksi, joten 2 ^ 256 mahdollisuuden etsimisen sijaan meidän on haettava vain 2 ^ 128, mikä on vielä hitaampaa kuin algoritmit Kuten van Oorschot – Wiener -algoritmi yleiseen törmäysetsintään ja Oechslinin sateenkaaripöydät yleistä kuvaa edeltävään kuvahakuun klassisilla tietokoneilla. 

Ethereumin perustaja ja keksijä Vitalik Buterin totesi äskettäisessä tweetissään, että hän ei ole vielä huolissaan kvantti-ylivalta ja uskoo, että uhka on vielä kaukana.Ethereumin perustaja ja keksijä Vitalik Buterin totesi äskettäin twiitti että hän ei ole vielä huolissaan kvanttivaltaisuudesta ja uskoo, että uhka on vielä kaukana.

Ethereum 2.0 on kvanttikestävä

Ethereum 2.0 Serenity -päivityksessä tilit voivat määrittää oman järjestelmänsä tapahtumien, mukaan lukien, vahvistamiseksi mahdollisuus siirtyä kvanttiturvalliseen allekirjoitusjärjestelmään.

Hash-pohjaiset allekirjoitusjärjestelmät, kuten Lamport-allekirjoitus uskotaan olevan kvanttiresistentti, nopeampi ja vähemmän monimutkainen kuin ECDSA. Valitettavasti tämä järjestelmä kärsii kokoongelmista. Lamportin julkisen avaimen ja allekirjoituksen koko on 231 kertaa (106 tavua vs. 24 kt) suurempi kuin ECDSA: n julkinen avain ja allekirjoitus. Joten Lamport Signature -järjestelmän käyttö vaatii 231x enemmän tallennustilaa kuin ECDSA, mikä on valitettavasti liian suuri ollakseen käytännöllistä tällä hetkellä.

Ethereumin kehittäjät testaavat muita kvanttiresistenttejä allekirjoitusvaihtoehtoja, kuten XMSS (eXtended Merklen allekirjoitusjärjestelmä) allekirjoitukset Kvanttiresistentti pääkirja estoketju, hash tikkaat allekirjoitukset, ja SPHINCS.

Siirtymiseen hash-pohjaisiin allekirjoitusjärjestelmiin, kuten XMSS, on monia syitä, koska ne ovat nopeita ja tuottavat pieniä allekirjoituksia. Yksi merkittävä haittapuoli on, että XMSS-allekirjoitusjärjestelmät ovat tilanmukaisia ​​johtuen niiden Merkle-puista, joissa on useita kertaluonteisia allekirjoituksia. Tämä tarkoittaa, että tila on tallennettava, jotta voidaan muistaa, mitä kertaluonteisia avainpareja jo käytettiin allekirjoituksen luomiseen. Toisaalta, SPHINCS-allekirjoitukset ovat valtiottomia, koska niissä käytetään vain vähän aikaleiroja Merkle-puiden kanssa, mikä tarkoittaa, että valtiota ei tarvitse enää tallentaa, koska yhtä allekirjoitusta voitaisiin käyttää useita kertoja. 

Hash-pohjainen RANDAO funktioiden, joita käytetään satunnaislukujen tuottamiseen majakkaketjussa Ethereum 2.0: ssa, uskotaan jo olevan kvantin jälkeisiä.

Visio vankemmasta post-Quantum Ethereum 3.0: sta

Eteriaalisen aikana, Justin Drake Ethereum-säätiöstä paljasti vuoden 2027 Ethereum 3.0 -suunnitelman siirtymisestä zk-SNARKsista zk-STARKs -protokollaan. Molemmat tekniikat antavat sananpalvelijan vakuuttaa todentajan tietystä vaatimuksesta jakamalla vain todistuksen, joka tukee sananlaskijan vaatimusta jakamatta yksityisiä tietoja. Näitä tekniikoita käytetään yleensä yksityisyyden ja skaalautuvuuden menetelmänä lähettämiseen luottamukselliset liiketoimet Ethereumilla tai BLS-allekirjoitusten korvikkeena allekirjoitusten yhdistämistä varten. Zk-SNARKS luottaa kuitenkin pariliitoksiin, jotka eivät ole kvanttiresistenttejä. zk-SNARKS käyttää luotettua asetusta, joka on vaarassa vaarantua, vaarantaa koko järjestelmän ja sallia väärien todisteiden luomisen.

Toisaalta ZK-STARKit ovat kvanttisuojattuja, koska ne perustuvat hashiin eikä pariliitoksiin. Ne parantavat tätä tekniikkaa poistamalla luotettavan asennuksen tarpeen.

Johtopäätös

Google on saavuttanut suuren saavutuksen. Tämä tekniikka hyödyntää kvanttimekaniikan epätavallisia lakeja saadakseen käsittämättömiä edistysaskeleita esimerkiksi materiaalitieteessä ja lääketieteessä. Samanaikaisesti se voi myös olla suurin uhka kyberturvallisuudelle. Onneksi uhka ei ole vielä täällä. Kukaan ei tiedä, milloin kvanttivoima iskee, mutta kun se tapahtuu, Ethereum valmistautuu.

Ethereum-yhteisön kehittäjät ovat alkaneet työskennellä vaihtoehtoisten kryptografisten allekirjoitusjärjestelmien parissa korvaamaan heikot ja rakentamaan turvallisen, joustavan kvanttisen post-Ethereum-protokollan. Lisäksi National Institute of Standards and Technology (NIST) aloitti prosessin yhden tai useamman kvanttiresistentin julkisen avaimen salausalgoritmin hankkimiseksi, arvioimiseksi ja standardoimiseksi. Lähetyshetkellä NIST: llä on luettelossa 26 algoritmia kvanttiteknisen salauksen standardoinnin edistyminen seuraavalle testauskierrokselle.

Amira Bouguera on kryptografi ja turvallisuusinsinööri ConsenSys Pariisissa. Hän opettaa kryptografiaa Université Paris 8.

Haluatko oppia lisää Ethereum 2.0: sta?

Katso etenemissuunnitelma Serenityyn 

Lue lisää Ethereum 2.0: n suunnittelutavoitteista.

Sanat Ben Edgingtonilta 

Tilaa uutiskirjeemme, jossa on uusimmat Ethereum-uutiset, yritysratkaisut, kehittäjien resurssit ja paljon muuta.Kuinka rakentaa onnistunut blockchain-tuoteWebseminaari

Kuinka rakentaa onnistunut blockchain-tuote

Kuinka perustaa ja suorittaa Ethereum-solmuWebseminaari

Kuinka perustaa ja suorittaa Ethereum-solmu

Kuinka rakentaa oma Ethereum-sovellusliittymäWebseminaari

Kuinka rakentaa oma Ethereum-sovellusliittymä

Kuinka luoda sosiaalinen tunnusWebseminaari

Kuinka luoda sosiaalinen tunnus

Turvatyökalujen käyttäminen älykkäässä sopimusten kehittämisessäWebseminaari

Turvatyökalujen käyttäminen älykkäässä sopimusten kehittämisessä

Digitaalisten varojen ja DeFi: n tulevaisuusWebseminaari

Rahoituksen tulevaisuus: digitaaliset varat ja DeFi

Mike Owergreen Administrator
Sorry! The Author has not filled his profile.
follow me