Узнайте что такое квантовый блокчейн и какая перспектива сотрудничества между двумя наиболее перспективными отраслями современных технологий – квантовыми вычислениями и блокчейном.
Что такое квантовый блокчейн – представление понятия
Квантовый блокчейн – это термин, используемый для описания интеграции двух передовых технологий, квантовых вычислений и блокчейна. Квантовые вычисления – это тип вычислений, основанный на принципах квантовой механики, который позволяет осуществлять гораздо более мощную и эффективную обработку данных, чем традиционные компьютеры.
С другой стороны, блокчейн – это децентрализованная, защищенная и прозрачная система реестров, которая позволяет безопасно и эффективно хранить и передавать данные.
Сочетая эти две технологии, квантовый блокчейн открывает новую грань в мире технологий, которая может в корне изменить наше представление о безопасности, конфиденциальности и передаче данных.
Благодаря квантовым вычислениям сложные алгоритмы и математические задачи можно решать за малую долю времени, по сравнению с тем, которое бы понадобилось традиционному компьютеру. Это позволяет создавать более безопасные и эффективные блокчейны, которые могут обрабатывать большие объемы данных, а также улучшает конфиденциальность, позволяя осуществлять более безопасные и анонимные транзакции
Квантовый блокчейн – на стыке 2х отраслей
Когда речь заходит о будущем компьютерных технологий, блокчейн и квантовые вычисления являются двумя наиболее захватывающими и противоречивыми отраслями. В то время как блокчейн гораздо более продвинут в своем практическом применении – включая создание криптовалют и криптографии, которые могут использоваться частными лицами и предприятиями, – индустрия квантовых вычислений также растет с бешеной скоростью.
Фактически, квантовые вычисления, пожалуй, уступают только блокчейну по темпам роста отрасли, и ожидается, что с 2022 по 2027 год отрасль будет расти на 25% в год.
Некоторые эксперты считают, что достижения в области квантовых вычислений могут стать началом конца для блокчейна, поскольку квантовые компьютеры могут взломать шифрование даже самых современных блокчейнов. С другой стороны, квантовые компьютеры могут заменить блокчейн как еще более совершенный метод защиты данных в будущем.
В некотором смысле, блокчейн-шифрование и квантовые вычисления соревнуются за победу в криптографической гонке. Основной вопрос, по-видимому, заключается в том, смогут ли квантовые компьютеры развиваться достаточно быстро, чтобы взломать блокчейн. Ответ будет определяться тем, смогут ли криптографы разработать решения по безопасности достаточно быстро, чтобы защититься от квантового взлома.
Однако отношения между квантовыми вычислениями и блокчейном не обязательно могут быть враждебными; некоторые исследователи считают, что квантовые вычисления и технология блокчейн в конечном итоге объединятся.
Это может привести к созданию более безопасных, быстрых и потенциально революционных вычислительных решений, которые в конечном итоге помогут решить целый ряд криптографических и реальных проблем.
Что такое квантовые вычисления и чем они отличаются от блокчейна?
Для тех, кто не знаком с темой, квантовые вычисления – это уникальный тип вычислений, который использует “квантовые состояния” для решения логических задач, требующих либо невероятного количества вычислительной мощности, либо практически невозможных для решения обычными суперкомпьютерами.
Вместо того, чтобы анализировать набор проблем одну за другой, как это делает традиционный суперкомпьютер, квантовые компьютеры могут анализировать огромное количество потенциальных проблем и ответов одновременно.
Что такое квантовые компьютеры? Как скоро они будут у нас?
Эти компьютеры используют возможности квантовой физики, чтобы невероятно быстро минимизировать количество потенциальных неправильных ответов, одновременно оттачивая потенциально правильные ответы с невероятной скоростью.
Современные компьютеры, которые часто называют классическими, состоят из битов, содержащих либо 1, либо 0, но не оба. Вместо битов квантовые компьютеры состоят из q-бит, что благодаря концепции, которая называется квантовой суперпозицией, позволяет этим битам одновременно существовать в обоих состояниях одновременно.
Кроме того, в отличие от традиционных битов, q-биты могут влиять друг на друга в процессе, называемом квантовой запутанностью, что создает одно большое квантовое состояние для всей вычислительной системы.
Каждый раз, когда добавляется q-бит, количество потенциальных состояний компьютера удваивается, что дает этим компьютерам огромные вычислительные возможности по сравнению с классическими компьютерами.
Помимо решения сверхсложных задач, квантовые вычисления также имеют невероятный потенциал для изменения мира шифрования. Из-за природы квантовой физики и квантовых состояний, состояние конкретного фрагмента информации фактически меняется, когда его наблюдают.
Поэтому, теоретически, квантовое шифрование может быть действительно неразрушимым, поскольку состояние любого фрагмента информации будет безвозвратно изменено, если его просмотрит кто-то другой (или любая машина), кроме той стороны, которой он предназначен.
Однако, подобно тому, как квантовые вычисления могут создавать мощные технологии шифрования, они также могут потенциально взломать ранее несокрушимые формы шифрования, что ставит их в потенциальный конфликт с самой целью блокчейнов.
Такие компании, как IBM, в настоящее время используют квантовые компьютеры для решения таких разнообразных проблем, как разработка аккумуляторов с большей плотностью энергии для электромобилей, разработка новых материалов, которые могут быть созданы с меньшим количеством выбросов углерода, и даже поиск частиц, которые могут пролить свет на происхождение Вселенной.
В отличие от квантовых вычислений, блокчейн можно описать как набор технологий распределенного реестра, которые используют криптографию для создания реестра информации, которая не может быть эффективно изменена после того, как она будет подтверждена рядом распределенных компьютеров, называемых узлами.
Используя различные механизмы консенсуса, распределенная сеть узлов соглашается или не соглашается “подтверждать” блоки информации, добавляя их в блокчейн. Блокчейн полностью относится к области классических вычислений, что означает, что блокчейн находится только в одном состоянии в один момент времени.
Как показала практика, технология блокчейн является фантастическим инструментом для создания распределенных приложений с помощью самостоятельно исполняемых смарт-контрактов, включая цифровые валюты, протоколы логистики и учета, а также различные финансовые продукты. К ним относятся кредитование, стейкинг, фермерство и даже распределенные страховые протоколы.
Однако из-за сетевых ограничений блокчейн не всегда хорошо решает проблемы, которые требуют высокого уровня вычислительных возможностей. На самом деле, низкая скорость транзакций является одной из самых больших проблем блокчейна сегодня, и новые блокчейны пытаются предложить решения, которые могут работать с большим количеством транзакций в секунду (TPS).
В противоположность этому, квантовые вычисления имеют большой потенциал для решения некоторых больших и сложных проблем, с которыми сталкиваются наука и технологии, но они не обязательно являются хорошим инструментом для создания потребительских приложений, которыми пользуются повседневные люди.
Поэтому можно смело сказать, что квантовые вычисления и блокчейн – это две очень разные технологии, но то, как они взаимодействуют, может навсегда изменить обе отрасли.
Разрушит ли квантовые вычисления блокчейн и положит конец криптовалютам?
Когда речь заходит о квантовых вычислениях и блокчейне и что такое квантовый блокчейн, одно из главных опасений заключается в том, что квантовые компьютеры могут преодолеть шифрование блокчейна – что приведет к концу безопасной криптовалюты, какой мы ее знаем. Если квантовое шифрование сможет преодолеть криптографию блокчейна, это может привести к массовым кражам криптовалют и серьезным сбоям, если не коллапсу, для всей криптоиндустрии.
Исследование Deloitte показало, что 25% биткоинов может быть похищено за одну атаку. По состоянию на январь 2022 года это будет составлять примерно 300 миллиардов долларов, а поскольку размер рынка криптовалют продолжает стремительно расти, криптозлом на основе квантового компьютера может привести к похищению триллионов долларов, потенциально погрузив мировую экономику в хаос и уничтожив целые блокчейны в процессе этого.
В частности, известный теоретический компьютерный алгоритм под названием функция Шора, если его реализовать на квантовом компьютере, теоретически может вычислить простые множители, которые сейчас скрыты умножением по эллиптической кривой. Это форма умножения, используемая для хеширования, которую (в настоящее время) почти невозможно вернуть обратно (то есть обнаружить исходные числа, которые были умножены вместе для формирования приватного ключа).
Например, исследователи подсчитали, что классическому компьютеру понадобится 340 282 366 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456 базовых операций, чтобы определить приватный ключ, связанный с открытым ключом, используя умножение по эллиптической кривой. Теоретически, это может занять тысячи лет.
В противоположность этому, согласно тем же расчетам, квантовому компьютеру, использующему функцию Шора, понадобится лишь 2 097 152 базовые операции для определения приватного ключа, связанного с открытым ключом. Напротив, это может занять всего несколько часов. Однако важно понимать, что современные квантовые компьютеры пока не имеют возможности использовать функцию Шора, и неясно, когда именно эта функция будет полностью разработана.
Помимо взлома шифрования блокчейна, еще одной проблемой является то, что квантовые компьютеры могут заменить традиционные компьютеры для майнинга криптовалют. Если эти компьютеры, как предполагается в теории, смогут майнить экспоненциально быстрее, чем традиционное майнинговое оборудование, такое как ASIC, это может привести к нестабильным ценам на активы, 51% атак и чрезвычайной централизации майнинговых мощностей.
Следует отметить, однако, что это в основном касается блокчейнов с доказательством работы, таких как Биткоин, и, в целом, вряд ли повлияет на модели консенсуса, основанные на доказательстве доли. Из-за экологических проблем и других факторов большинство блокчейнов с подтверждением выполнения работ, таких как Ethereum, движутся в сторону моделей консенсуса с подтверждением доли и других моделей, которые не предусматривают вычислительно интенсивного майнинга.
Несмотря на эти расчеты и оценки, не все эксперты считают, что квантовые вычисления смогут эффективно взломать блокчейн и сделать традиционную криптографию устаревшей. Например, некоторые считают, что шифрование SHA-256, которое используется в биткоине, может быть квантово-устойчивым.
Даже если квантовые компьютеры смогут взломать текущие методы шифрования блокчейна, это может занять 10-20 лет, что даст криптографам блокчейна сильную фору для разработки новых и более мощных методов шифрования.
Кроме того, шифрование RSA, самая распространенная альтернатива криптографии эллиптических кривых, также может быть несколько квантово-устойчивым. Хотя криптография эллиптических кривых считается более безопасной, чем шифрование RSA, когда речь идет о традиционном дешифровании, эксперты предполагают, что обратное может быть верным, когда речь идет о квантовом дешифровании.
Кроме того, даже если RSA окажется “квантово взломанным”, софтфорки и постоянная смена адресов кошельков могут уменьшить практическую возможность квантовых компьютеров взломать блокчейн или похитить криптовалюту.
Могут ли квантовые вычисления слиться с будущими блокчейнами или улучшить их?
Некоторые считают, что квантовые вычисления могут уничтожить блокчейн и криптовалюту в том виде, в котором мы их знаем, другие считают, что квантовое шифрование может объединиться с блокчейном и создать блокчейн, который будет экспоненциально безопаснее, чем современные протоколы.
Мы снова подошли к нашему основному вопросу – что такое квантовый блокчейн. Теоретически, такие блокчейны будут очень устойчивыми как к традиционным хакерским атакам, так и к атакам квантовых компьютеров.
В частности, эксперты считают, что традиционные методы криптографии блокчейнов, такие как алгоритмы с асимметричным ключом и хеш-функции, использующие вышеупомянутое умножение по эллиптической кривой, могут быть заменены квантовыми ключами.
Криптография с квантовым ключом, также известная как квантовое распределение ключей (QKD), работает путем отправки “квантовых частиц” света в виде фотонов через оптическое соединение. Как мы упоминали ранее, любая попытка подслушивающего устройства просмотреть передаваемые фотоны фактически отменяет транзакцию проверки.
Чтобы быть практически эффективными, эти квантовые ключи должны использоваться с шифрованием One-Time Pad (OTP), которое генерирует ключи, которые могут быть использованы только один раз.
Одна увлекательная статья, опубликованная в “Журнале квантовых вычислений” под названием “Квантовый блокчейн: Децентрализованная, зашифрованная и распределенная база данных, основанная на квантовой механике” (Chuntang Li, Yinsong Xu, Jiahao Tang, Wenjie Liu) подробно описывает, как использование квантовых вычислений для будущих блокчейнов может также обеспечить другие преимущества, в частности, для рандомизации выбора узлов, что в настоящее время является главной проблемой в блокчейне.
Вместо того, чтобы использовать текущие методы рандомизации, протокол квантового блокчейна может использовать квантовый генератор случайных чисел для выбора случайно выбранного узла-верификатора.
В статье утверждается, что квантовые блокчейны также имеют потенциал для замены классического протокола византийского соглашения новым типом протокола квантово-византийского соглашения, который будет использовать квантовое шифрование. Хотя на данный момент это очень теоретически, это может помочь предотвратить 51% атак и привести к созданию новых и высокозащищенных криптовалют, основанных на квантовом шифровании.
Хотя большинство из вышесказанного касается создания новых квантовых блокчейнов, также возможно, что квантовая технология может быть применена к существующим блокчейнам, что может как повысить децентрализацию, так и потенциально уменьшить время транзакций для основных блокчейнов, таких как Bitcoin, Ethereum и Solana.
Одна из потенциальных проблем, которая является крайне непонятной и не освещена в упомянутой статье, заключается в том, как функции квантовых вычислений, включая генерацию квантовых ключей, будут распределяться через операторов узлов.
В настоящее время большинство квантовых компьютеров являются очень экспериментальными и чрезвычайно дорогими, а это означает, что может быть трудно достичь большого количества операторов узлов, необходимых для действительно децентрализованного блокчейна. Однако это может измениться: одна компания в Китае представила небольшой квантовый компьютер, который стоит всего $5,000, что намного меньше, чем сейчас требуется для запуска полноценной ноды Ethereum.
ЧТО ТАКОЕ БЛОКЧЕЙН-ТЕЛЕФОН И ЗАЧЕМ ОН МНЕ?
Что такое квантово-устойчивый реестр?
Пока только два публичных блокчейн-проекта заявили о своей полной квантовой устойчивости: Quantum Resistant Ledger и Bitcoin Post Quantum. Квантово-устойчивый реестр (QRL) называет себя “пост-квантовым защищенным блокчейном, имеющим схему подписи с учетом состояния и непревзойденную безопасность”.
Для этого протокол QRL использует “определенную IETF XMSS, схему прямой безопасной подписи на основе хеша с минимальными предположениями о безопасности”. XMSS – это расширенная схема подписи Меркла, которая использует деревья Меркла. Это деревья, в которых каждый узел обозначен криптографическим хешем блока данных.
Дерево Меркла можно определить как “полный хеш всех хешей всех транзакций в одном блоке в существующей сети блокчейн”.
Считается, что схемы хеширования на основе состояния, такие как подписи Меркла, гораздо более устойчивы к квантовому взлому, чем криптография RSA или эллиптическая кривая. Однако схемы хеширования на основе состояния, такие как XMSS, могут быть уязвимыми, если ключ используется более одного раза, что ставит их в невыгодное положение по сравнению с другими формами криптографии.
В настоящее время Ресурсный центр компьютерной безопасности Национальной лаборатории информационных технологий (NIST) активно ищет исследования и комментарии по этим криптографическим технологиям, чтобы оценить их потенциальные сильные и слабые стороны как для гражданского, так и для правительственного использования. В дополнение к XMSS, NIST в настоящее время оценивает почти 70 новых методов “пост-квантовой криптографии”.
Quantum Resistant Ledger утверждает, что его “расширенная” схема подписи Меркла является более эффективной и безопасной, чем традиционные схемы подписи Меркла, хотя это трудно доказать без действительно эффективного квантового компьютера, который мог бы ее протестировать.
Кроме разработки собственного блокчейна, группа выпустила собственную криптовалюту (QRL), которая по состоянию на январь 2022 года имела цену менее $0,20 и общую рыночную капитализацию чуть более $14 миллионов. Как и блокчейн, на котором она базируется, создатели QRL утверждают, что сама криптовалюта также является первой валютой, которая полностью защищена от квантового взлома. Как и другие криптовалюты, QRL можно майнить как с отдельного узла, так и в рамках участия в майнинг-пуле.
Что такое Bitcoin Post Quantum?
В дополнение к несколько популярному проекту QRL, другой блокчейн-проект, Bitcoin Post Quantum, также претендует на использование расширенной схемы подписи Меркла (XMSS), основанной на хешировании, для защиты от атак квантовых вычислений.
В частности, BPQ – это экспериментальная ветвь основного блокчейна Биткоина, которая использует квантово-безопасные цифровые подписи вместо более традиционных методов шифрования. В будущем исследования, проведенные в рамках BPQ, могут стать основой для внедрения квантово-устойчивой криптографии в основную сеть Биткоина.
В отличие от QRL, BPQ пока находится на стадии исследований, а запланированная им валюта BitcoinPQ пока не добывается.
Что такое квантовый блокчейн в плане перспективы?
Будущее квантовых вычислений и блокчейна крайне неопределенно – и может стать одним из определяющих факторов будущего информатики. Блокчейн помог демократизировать интернет, создать криптовалюты и породил крупнейшие в мире распределенные компьютерные сети в виде популярных блокчейнов, таких как Bitcoin и Ethereum.
В противоположность этому, квантовые вычисления, которые все еще находятся на ранних стадиях, имеют потенциал помочь решить многие из наиболее важных научных и технологических вопросов нашего времени, развивая технологии способом, который мы пока не можем предсказать.
Если квантовые вычисления и блокчейн столкнутся, это может стать катастрофой эпических масштабов. Однако, если криптография продолжит развиваться, создавая все более квантово-стойкие методы шифрования, или если само квантовое шифрование будет интегрировано в блокчейн, сочетание этих многообещающих технологий может помочь создать более безопасный, демократический интернет с большим потенциалом для положительного влияния на мир вокруг нас.
Источник: https://supraoracles.com/
