Hogyan fogja befolyásolni a kvantumszámítás a blokkláncot?

blog 1NewsDevelopersEnterpriseBlockchain ExplainedEvents and ConferencesPressHírlevelek

Iratkozzon fel hírlevelünkre.

Email cím

Tiszteletben tartjuk a magánéletét

HomeBlogBlockchain fejlesztés

Hogyan befolyásolja a kvantumszámítás a blokkláncot?

Betekintés a kvantumszámításba, az Ethereum potenciális kockázatára és a kvantumrezisztens nyilvános kulcsú kriptográfiai algoritmusok szabványosítására irányuló erőfeszítésekre. – írta Amira Bouguera 2019. december 3, 2019. december 3.

kvantumfölény hős

Új valóságot fedezünk fel. Azok a dolgok, amelyek valaha elképzelhetetlenek voltak, valóságossá válnak és a világ részévé válnak. A kvantumfölény elérése az egyik monumentális áttörés, amely forradalmasítani fogja a történelmet. De milyen hatása lesz az Ethereumra? Amira Bouguera kriptográfus és blokklánc-kutató a következő cikkben magyarázza.

A „kvantum hűtőszekrény” a kviteket a számításhoz szükséges szuper-alacsony hőmérsékleten tartja. Forrás: MicrosoftA „kvantum hűtőszekrény” a kviteket a számításhoz szükséges szuper-alacsony hőmérsékleten tartja. Forrás: Microsoft

„A tudomány korunk legmerészebb metafizikáját kínálja. Ez egy teljesen emberi konstrukció, amelyet az a hit vezet, hogy ha álmodunk, nyomunk, hogy felfedezzük, megmagyarázzuk és újra álmodozzunk, a világ valahogy tisztábbá válik, és megértjük az univerzum valódi furcsaságait. “

TL; DR:

  • A kvantumszámítás képes kvantumfizikát számítógépen szimulálni.
  • A Google kutatói azt állították, hogy elérték a Quantum Supremacy-t.
  • Mégis sok év áll előttünk, amíg az Ethereum veszélyt nem tapasztal a jelenlegi kriptográfiai aláírásokra.
  • A tranzakciók aláírására vonatkozó ECDSA rendszer fenyegetésben van, de az Ethereum 2.0 Serenity frissítés során felváltja.
  • A fejlesztők különféle kvantumrezisztens aláírási lehetőségeket tesztelnek, mint például az XMSS, a hash létra aláírások és a SPHINCS az ECDSA helyettesítésére. 
  • Senki sem tudja, mikor fog ütni a kvantumerő, de mikor megtörténik, az Ethereum felkészülni fog.

Utazásunk a kvantumszámításhoz 1981-ben kezdődik, amikor a ragyogó Nobel-díjas Feynman egy MIT fizikai és számítási konferencián a következő kérdést tette fel:

– Szimulálhatjuk a fizikát számítógépen?

Akkor még senki sem gondolta, hogy ez lehetséges. Ez visszatér a fizika meghatározásához és a klasszikus számítógépek határaihoz. A fizika az energia, az anyag és a közöttük lévő kölcsönhatás tanulmányozása. Világunk és a valóság önmagában is kvantum jellegű; az elektronok egyszerre több állapotban léteznek, és ezt nem tudjuk megfelelően modellezni a klasszikus számítógépekkel. Minden lehetőség kiszámítása túl sok számukra, például:

10 elektron molekula = 1000 lehetséges állapot

20 elektron molekula = több mint 1 millió lehetséges állapot


Feynman beszéde és kísérő papír 1982-ben az első olyan munka, amely kifejezetten a kvantummechanikai elveken működő gép felépítését tárgyalja. Megvitatta az univerzális kvantumszimulátor ötletét, vagyis egy olyan gépet, amely kvantumhatásokat használna fel más kvantumhatások feltárására és szimulációk futtatására..

Tech óriások versenyeznek az első kvantum számítógép megépítéséért, milliószor nagyobb feldolgozási erővel rendelkező eszköz, mint a Földön jelenleg lévő összes számítógép együttvéve. Nemrégiben a tudományos folyóiratban megjelent cikkben, Természet, A Google bejelentette, hogy felismerte az egykor lehetetlennek gondoltakat: a kvantumfölény elérése. 

Mi a Quantum Supremacy?

A kvantumfölény magyarázatához érdemes leírni a kvantumszámítógépek működését. 

Egy kvantum számítógépben kvantumbitjeink vannak (kvitek), amelyek 0 vagy 1 állapotban lehetnek, vagy mindkettő egyszerre, miközben a klasszikus számítógépeket bitek képviselik, amelyek 0 vagy 1 állapotban lehetnek.

A quitit bármi lehet, amely kvantum viselkedést mutat: elektron, atom vagy molekula. 

A különbség a bit és a qubit közöttA különbség a bit és a qubit között

A kvantummechanika két fő szempontja a szuperpozíció és összefonódás. Ez a két fogalom a kvantumkomputer nagyhatalmának titka.

A szuperpozíció a kvantumfizika rendkívüli jelensége, amelyet a kvantumszámítógépek kihasználnak. Lehetővé teszi, hogy egy részecske egyszerre két külön állapotban létezhessen, véletlenszerűséghez kapcsolva szubatomi esemény, amely bekövetkezhet vagy nem. 

Schrödinger macskakísérleteSchrödinger macskakísérlete

Macska, Geiger-számlálóval, és egy kis méreg egy lezárt dobozban. A kvantummechanika azt mondja, hogy egy idő után a macska él és halt is. “                        

Lehet-e egy macska egyszerre halott és életben?? 

Schrödinger macskakísérlete: az eredmény valószínűségeSchrödinger macskakísérlete: az eredmény valószínűsége

Nem tudjuk, hogy a macska halott vagy életben van-e, amíg meg nem nézzük, és amikor megtesszük, vagy halott vagy életben van, de ha ugyanazt a kísérletet megismételjük elegendő macskával, akkor azt látjuk, hogy a fele idő, a macska túléli és felében meghal.

Mikor áll le egy kvantumrendszer az állapotok szuperpozíciójaként, és válik egyiké vagy másiká?

A kvantumfizikában az összefonódás részecskék leírják az alapvető tulajdonságaik közötti kapcsolatot, amely nem történhetett meg véletlenül. Ez olyan állapotokra vonatkozhat, mint a lendületük, helyzetük vagy polarizációjuk.

Schrödinger kísérlete: kusza macskaSchrödinger kísérlete: kusza macska

Ha tudsz valamit az egyik részecske ezen jellemzőinek egyikéről, elmondhat valamit ugyanarról a másikról. Ez azt jelenti, hogy az a személy, aki kinyitotta a dobozt a korábbi tapasztalatok szerint kusza vagy összekapcsolt a macskával, és hogy a „macska állapotának megfigyelése” és a „macska állapota” megfelelnek egymásnak.

A kvantumszámítógépek állapota ma

Ma a „kvantum számítógépek” kifejezés használata már nem korlátozódik a tudományos folyóiratokra és a fizikai konferenciákra. Sok játékos vesz részt annak csatájában, hogy ki tudja megépíteni az első nagy teljesítményű kvantum számítógépet. Ide tartoznak olyan kereskedelmi szervezetek, mint a Google, a Rigetti, az IBM, az Intel, a D-Wave, az IonQ és a Microsoft. Továbbá, gyakorlatilag az összes nagy nemzetállam dollármilliárdokat költ a kvantumszámítás fejlesztésére és kutatására.

Forrás: StatistaForrás: Statista

A verseny a kvantumfelsőségért 

A kvantumfölény egy olyan kvantum számítógép fogalma, amely olyasmit csinál, amit a klasszikus számítógépek egyszerűen ésszerűen nem tudnak megtenni. Ebben az esetben a jelentett Google-papír azt állította, hogy képes elvégezni egy feladatot (egy bizonyos véletlenszám-generációt) a minőségellenőrzésén 200 másodperc alatt (3 perc 20 másodperc alatt), szemben azzal, ami 10 000 évbe telik egy szuperszámítógépen.. 

A Google a Sycamore-t, az újonnan kifejlesztett 53-kvit kvantumprocesszort használta a kvantumfölény elérésére. Ennek a kapu alapú szupravezető rendszernek az a célja, hogy tesztpályát nyújtson a rendszer hibarajainak és skálázhatóságának kutatásához. qubit technológia, valamint a kvantum alkalmazásokat szimuláció, optimalizálás, és gépi tanulás.

A Sycamore chipA Sycamore chip (Forrás)

Bár a Google eredménye óriási előrelépés volt a kvantumszámítógépek fejlesztése terén, jelentős mérföldkövek állnak még előtt, mielőtt létezhet egy kereskedelmi szempontból életképes kvantumszámítógép, amely felhasználható a valós problémák megoldására.

A kvantum kiszámítja a kiberbiztonsági fenyegetést?

A kvantumszámítás két oldalt szabadító erő. Egyrészt jelentős áttörést jelent olyan területeken, mint a tudomány, az életmentő orvosi fejlődés és a pénzügyi stratégiák. Másrészt hatalma van arra, hogy megtörje a jelenlegi titkosítási rendszereinket, amelyeket az információk védelmére használunk.

A jelenleg használt legtöbb kriptográfiai módszer biztonsága, legyen szó titkosításról vagy digitális aláírásról, néhány matematikai probléma megoldásának keménységén alapszik.

Vegyünk a következő példákat:

Diszkrét logaritmusok és egész számok faktorálása különálló problémák, mindkettő megoldható kvantumszámítógépekkel.

  • 1994-ben Peter Shor amerikai matematikus feltalálta egy kvantum algoritmus amely repedteti az RSA algoritmust polinomiális idő alatt, szemben 300 billió évvel, egy klasszikus RSA számítógépen, 2048 bites.
  • Az ECDSA kimutathatóan sérülékeny a Shor algoritmusának módosított változata és még könnyebb megoldani, mint a kvantumszámítógépeket használó RSA, a kisebb kulcstér miatt.  
  • Egy 160 bites elliptikus görbe kriptográfiai kulcsot meg lehet törni egy kvantum számítógépen, kb. 1000 quit felhasználásával, miközben a biztonság szempontjából ekvivalens 1024 bites RSA modulus faktora kb..
Hogyan hatna ez az Ethereumra? 

Az Ethereum jelenleg olyan elliptikus görbe alapú sémákat használ, mint az ECDSA séma a tranzakciók aláírásához és a BLS az aláírás összesítése; azonban, amint azt a fentiekben említettük, az elliptikus görbe kriptográfia, amelyben a biztonság a diszkrét logaritmus megoldásának nehézségén alapul, sebezhető a kvantumszámításra, és kvantumrezisztens sémával kell helyettesíteni..

Az SHA-256 hash függvény kvantumbiztos, ami azt jelenti, hogy nincs hatékony ismert klasszikus vagy kvantum algoritmus, amely megfordíthatja.

Míg van egy ismert kvantum algoritmus, Grover algoritmusa, amely „kvantumkeresést” végez egy fekete doboz funkció felett, az SHA-256 biztonságosnak bizonyult mind az ütközés, mind a kép előtti támadások ellen. Valójában Grover algoritmusa csak a fekete doboz funkció, ebben az esetben az SHA lekérdezéseit tudja √N-re csökkenteni, így a 2 ^ 256 lehetőség keresése helyett csak 2 ^ 128-ra kell keresnünk, ami még lassabb, mint az algoritmusok tetszik van Oorschot – Wiener algoritmus általános ütközéses kereséshez és Oechslin szivárványasztala általános képalkotáshoz klasszikus számítógépeken. 

Vitalik Buterin, az Ethereum társalapítója és feltalálója egy nemrégiben megjelent tweetben kijelentette, hogy még nem aggódik a kvantumfölény miatt, és úgy véli, hogy a fenyegetés még mindig messze van.Vitalik Buterin, az Ethereum társalapítója és feltalálója nemrégiben nyilatkozta csipog hogy még nem aggódik a kvantumfölény miatt, és úgy véli, hogy a fenyegetés még mindig messze van.

Az Ethereum 2.0 kvantumálló lesz

Az Ethereum 2.0 Serenity frissítés során a fiókok meg tudják adni a saját sémájukat a tranzakciók érvényesítésére, ideértve a következőket is: a kvantumbiztos aláírási sémára való váltás lehetősége.

Hash-alapú aláírási sémák, mint a Lamport aláírás úgy vélik kvantumálló, gyorsabb és kevésbé összetett, mint az ECDSA. Sajnos ez a rendszer méretproblémáktól szenved. A Lamport nyilvános kulcs és az aláírás együttesen 231-szer nagyobb (106 bájt vs. 24 KB), mint az ECDSA nyilvános kulcs és aláírás. Tehát a Lamport Signature rendszer használatához 231x több tárhelyre lesz szükség, mint az ECDSA-nak, ami sajnos túl nagy ahhoz, hogy praktikus legyen ebben az időben.

Az Ethereum fejlesztői más kvantumrezisztens aláírási lehetőségeket tesztelnek, mint például XMSS (eXtended Merkle aláírási séma) által használt aláírások A kvantumrezisztens főkönyv blokklánc, hash létra aláírások, és SPINCSEK.

Számos oka lehet a hash-alapú aláírási sémákra való áttérésnek, például az XMSS-nek, mivel ezek gyorsak és kis aláírást eredményeznek. Az egyik fő hátrány, hogy az XMSS aláírási sémák állapotszerűek, a Merkle fák miatt sok egyszeri aláírással. Ez azt jelenti, hogy az állapotot tárolni kell annak emlékezésére, hogy mely egyszeri kulcspárokat használták már aláírás létrehozásához. Másrészt a SPHINCS aláírások hontalanok, mivel kevés időaláírást használnak a Merkle fákkal, ami azt jelenti, hogy nem kell többé tárolni az államot, mivel egy aláírást többször is fel lehet használni. 

Hash-alapú RANDAO Az Ethereum 2.0 jeladó láncában véletlenszám-előállításra használt függvényekről már úgy véljük, hogy kvantum utániak.

Vízió a robusztusabb kvantum utáni Ethereum 3.0-ról

Ethereal alatt, Justin Drake az Ethereum Alapítványtól feltárta az 2027-es Ethereum 3.0 tervet, amely a zk-SNARKs-ról a zk-STARKs protokollra vált.. Mindkét technika lehetővé teszi a közmondó számára, hogy meggyőzze a hitelesítőt egy adott követelésről azáltal, hogy csak egy bizonyítékot oszt meg, amely alátámasztja a közmondás állítását, anélkül, hogy bármilyen személyes információt megosztanánk. Ezeket a technikákat általában adatvédelmi és méretezhetőségi módszerként használják a küldéshez bizalmas tranzakciók az Ethereumon vagy a BLS aláírások helyettesítéseként az aláírás összesítéséhez. A zk-SNARKS azonban olyan párosításokra támaszkodik, amelyek nem kvantumállóak. A zk-SNARKS megbízható beállítást használ, amely fennáll annak a veszélye, hogy veszélybe kerül, az egész rendszert veszélyezteti, és hamis igazolások generálását teszi lehetővé..

A ZK-STARK-ok viszont kvantumbiztosak, mivel hash-on és nem párosításon alapulnak. Javítják ezt a technológiát azáltal, hogy megszüntetik a megbízható beállítás szükségességét.

Következtetés

A Google nagyszerű eredményt ért el. Ez a technológia felhasználja a kvantummechanika szokatlan törvényszerűségeit, hogy elképzelhetetlen előrelépést hozzon az olyan területeken, mint az anyagtudomány és az orvostudomány. Ezzel egyidejűleg a kiberbiztonságot is a legnagyobb veszély fenyegeti. Szerencsére a fenyegetés még nincs itt. Senki sem tudja, mikor fog ütni a kvantumerő, de mikor megtörténik, az Ethereum felkészülni fog.

Az Ethereum közösség fejlesztői megkezdték az alternatív kriptográfiai aláírási sémák kidolgozását a sérülékenyek helyettesítésére és egy biztonságos, ellenálló kvantum utáni Ethereum protokoll felépítésére. Ezenkívül a Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet (NIST) folyamatot indított egy vagy több kvantumrezisztens nyilvános kulcsú kriptográfiai algoritmus megkeresésére, kiértékelésére és szabványosítására. A kiküldetéskor a NIST rövidre felsorolt ​​26 algoritmus hogy a kvantum utáni kriptográfiai szabványosítás a következő tesztkörbe kerüljön.

Amira Bouguera a ConsenSys Paris kriptográfusa és biztonsági mérnöke. A Université Paris 8 kriptográfiát tanítja.

Szeretne többet megtudni az Ethereum 2.0-ról?

Nézze meg a Serenity felé vezető útitervünket 

Tudjon meg többet az Ethereum 2.0 tervezési céljairól.

Ben Edgington szavai 

Iratkozzon fel hírlevelünkre a legfrissebb Ethereum hírekről, vállalati megoldásokról, fejlesztői erőforrásokról és egyebekről. E-mail cím Exkluzív tartalomHogyan készítsünk sikeres blokklánc terméketWebinárium

Hogyan készítsünk sikeres blokklánc terméket

Ethereum csomópont beállítása és futtatásaWebinárium

Ethereum csomópont beállítása és futtatása

Hogyan készítsd el a saját Ethereum API-tWebinárium

Hogyan készítsd el a saját Ethereum API-t

Hogyan hozhatunk létre közösségi tokentWebinárium

Hogyan hozhatunk létre közösségi tokent

Biztonsági eszközök használata az intelligens szerződés-fejlesztésbenWebinárium

Biztonsági eszközök használata az intelligens szerződés-fejlesztésben

A pénzügyi eszközök digitális eszközei és a DeFi jövőjeWebinárium

A pénzügyek jövője: digitális eszközök és DeFi

Mike Owergreen Administrator
Sorry! The Author has not filled his profile.
follow me
Like this post? Please share to your friends:
Adblock
detector
map