blogul 1NewsDevelopersEnterpriseBlockchain Explained Evenimente și conferințe ApăsațiBuletine informative

Aboneaza-te la newsletter-ul nostru.

Adresa de email

Vă respectăm confidențialitatea

AcasăBlogDezvoltare blockchain

Cum va afecta calculul cuantic cu blockchain-ul?

Statistici despre calculul cuantic, riscul său potențial pentru Ethereum și eforturile în curs de standardizare a algoritmilor criptografici cu cheie publică cuantici-rezistenți. De Amira Bouguera 3 decembrie 2019 Postat pe 3 decembrie 2019

erou de supremație cuantică

Descoperim o nouă realitate. Lucrurile care odinioară erau de neimaginat devin reale și fac parte din lumea noastră. Obținerea supremației cuantice este una dintre descoperirile monumentale care vor revoluționa istoria. Dar, ce efect va avea asupra Ethereum? Amira Bouguera, criptograf și cercetător blockchain, explică în articolul următor.

Un „frigider cuantic” păstrează qubits la temperatura foarte scăzută necesară pentru calcul Sursa: MicrosoftUn „frigider cuantic” păstrează qubits la temperatura foarte scăzută necesară pentru calcul Sursa: Microsoft

„Știința oferă cea mai îndrăzneață metafizică a epocii noastre. Este o construcție complet umană, condusă de credința că, dacă visăm, presăm pentru a descoperi, explica și visa din nou, lumea va deveni cumva mai clară și vom înțelege adevărata ciudățenie a universului. ”

TL; DR:

  • Calculul cuantic are capacitatea de a simula fizica cuantică pe un computer.
  • Cercetătorii de la Google au susținut că au atins supremația cuantică.
  • Cu toate acestea, mai sunt mulți ani înainte până când Ethereum va experimenta o amenințare la semnăturile actuale criptografice.
  • Schema ECDSA pentru semnarea tranzacțiilor este amenințată, dar va fi înlocuită în timpul actualizării Ethereum 2.0 Serenity.
  • Dezvoltatorii testează diverse opțiuni de semnătură cuantice, cum ar fi XMSS, semnături de scări hash și SPHINCS pentru a înlocui ECDSA. 
  • Nimeni nu știe când va atinge puterea cuantică, dar când o va face, Ethereum va fi pregătit.

Călătoria noastră către calculul cuantic începe în 1981, când strălucitul câștigător al Premiului Nobel Feynman a ridicat următoarea întrebare la o conferință MIT despre fizică și calcul:

„Putem simula fizica pe computer?”

În acel moment, nimeni nu credea că ar putea fi posibil. Aceasta revine la definiția fizicii și la limitele computerelor clasice. Fizica este studiul energiei, materiei și interacțiunii dintre ele. Lumea noastră și realitatea în sine au o natură cuantică; electronii există în mai multe stări simultan și nu putem modela corect acest lucru cu computerele clasice. Calculul fiecărei posibilități este prea mare pentru ei, de exemplu:

Molecula cu 10 electroni = 1000 de stări posibile

Molecula cu 20 de electroni = peste 1 milion de stări posibile

Discursul lui Feynman și hârtie de însoțire în 1982 este prima lucrare care discută în mod explicit construcția unei mașini care ar funcționa pe principii mecanice cuantice. El a discutat ideea unui simulator cuantic universal, adică o mașină care ar folosi efectele cuantice pentru a explora alte efecte cuantice și pentru a rula simulări..

Tehnologie giganții se luptă pentru a construi primul computer cuantic, un dispozitiv cu puteri de procesare de milioane de ori mai mari decât toate computerele combinate în prezent pe Pământ. Recent, într-un articol publicat în revista științifică, Natură, Google a anunțat că și-a dat seama de ceea ce se credea cândva imposibil: realizarea supremației cuantice. 

Ce este supremația cuantică?

Pentru a explica supremația cuantică, merită să descriem modul în care funcționează computerele cuantice. 

Într-un computer cuantic, avem biți cuantici (qubits), care pot fi în starea 0 sau 1 sau ambii simultan în timp ce computerele clasice sunt reprezentate de biți, care pot fi fie în starea 0, fie 1.

Qubits pot fi orice lucru care prezintă un comportament cuantic: un electron, un atom sau o moleculă. 

Diferența dintre bit și qubitDiferența dintre bit și qubit

Două aspecte cheie ale mecanicii cuantice sunt suprapunere și încâlcire. Aceste două concepte sunt secretul din spatele superputerii computerului cuantic.

Suprapunerea este un fenomen extraordinar în fizica cuantică pe care computerele cuantice îl folosesc. Permite unei particule să existe în două stări separate simultan, ca rezultat al legării la o întâmplare subatomic eveniment care poate sau nu să aibă loc. 

Experimentul pisicii lui SchrödingerExperimentul pisicii lui Schrödinger

O pisică, cu un ghișeu Geiger și un pic de otravă într-o cutie sigilată. Mecanica cuantică spune că, după un timp, pisica este în viață și moartă. `                        

Poate o pisică să fie moartă și vie în același timp? 

Experimentul pisicii lui Schrödinger: probabilitatea rezultatuluiExperimentul pisicii lui Schrödinger: probabilitatea rezultatului

Nu știm dacă pisica este moartă sau vie până nu ne uităm și, când o facem, este fie moartă, fie vie, dar dacă repetăm ​​același experiment cu suficiente pisici, vedem că jumătate din timp, pisica supraviețuiește și jumătate din timp moare.

Când un sistem cuantic încetează să mai existe ca o suprapunere de stări și devine una sau alta?

În fizica cuantică, încâlcire de particule descrie o relație între proprietățile lor fundamentale care nu se poate întâmpla întâmplător. Acest lucru se poate referi la stări precum impulsul, poziția sau polarizarea lor.

Experimentul lui Schrödinger: pisică încurcatăExperimentul lui Schrödinger: pisică încurcată

Știind ceva despre una dintre aceste caracteristici pentru o particulă îți spune ceva despre aceeași caracteristică pentru cealaltă. Aceasta înseamnă că persoana care a deschis cutia în experiența anterioară este încâlcit sau legat cu pisica și că „observarea stării pisicii” și „starea pisicii” corespund între ele.

Starea computerelor cuantice de astăzi

Astăzi, utilizarea termenului „calculatoare cuantice” nu mai este limitată la reviste științifice și conferințe de fizică. Mulți jucători se angajează într-o luptă pentru cine poate construi primul computer cuantic puternic. Acestea includ entități comerciale precum Google, Rigetti, IBM, Intel, D-Wave, IonQ și Microsoft. În plus, practic toate marile state naționale cheltuiesc în prezent miliarde de dolari pentru dezvoltarea și cercetarea calculelor cuantice.

Sursa: StatistaSursă: Statista

Cursa pentru supremația cuantică 

Supremația cuantică este noțiunea unui computer cuantic care face ceva ce computerele clasice pur și simplu nu pot face în mod rezonabil. În acest caz, ziarul Google raportat a susținut că a fost capabil să efectueze o sarcină (o anumită generație de numere aleatorii) pe QC-ul său în 200 de secunde (3 minute 20 secunde) față de ceea ce ar dura 10.000 de ani pe un supercomputer. 

Google a folosit Sycamore, noul său procesor cuantic de 53 qubit, pentru a obține supremația cuantică. Scopul acestui sistem supraconductor bazat pe poartă este de a oferi un banc de testare pentru cercetarea ratelor de eroare ale sistemului și a scalabilității acestora tehnologia qubit, precum și aplicații în cuantică simulare, optimizare, și învățare automată.

Cipul SycamoreCipul Sycamore (Sursă)

Deși realizarea Google a reprezentat un mare pas înainte în avansarea calculatoarelor cuantice, rămân în continuare repere semnificative înainte ca un computer cuantic viabil din punct de vedere comercial, care poate fi utilizat pentru rezolvarea problemelor din lumea reală, să existe.

Calculul cuantic este o amenințare la adresa securității cibernetice?

Calculul cuantic este o putere dezlănțuită cu două laturi. Pe de o parte, reprezintă o descoperire semnificativă în domenii precum știința, progresele medicale care salvează viețile și strategiile financiare. Pe de altă parte, are puterea de a sparge sistemele noastre actuale de criptare utilizate pentru a proteja informațiile.

Securitatea majorității metodelor criptografice utilizate în prezent, fie pentru criptare, fie pentru semnătură digitală, se bazează pe duritatea rezolvării unor probleme matematice.

Să luăm următoarele exemple:

În timp ce calculează logaritmi discreți și factorizarea numerelor întregi sunt probleme distincte, ambele sunt rezolvabile folosind calculatoare cuantice.

  • În 1994, matematicianul american Peter Shor a inventat un algoritm cuantic care fisurează algoritmul RSA în timp polinomial față de 300 trilioane de ani pe un computer clasic pentru RSA cu 2048 de biți.
  • ECDSA s-a dovedit a fi vulnerabilă la versiune modificată a algoritmului lui Shor și este chiar mai ușor de rezolvat decât RSA folosind computere cuantice din cauza spațiului cheie mai mic.  
  • O cheie criptografică cu curbă eliptică de 160 de biți ar putea fi spartă pe un computer cuantic folosind aproximativ 1000 de qubiți, în timp ce pentru a calcula modulul RSA echivalent de 1024 de biți din punct de vedere al securității ar necesita aproximativ 2000 de qubiți.
Cum ar afecta acest lucru Ethereum? 

Ethereum utilizează în prezent scheme bazate pe curbe eliptice, cum ar fi schema ECDSA pentru semnarea tranzacțiilor și BLS pentru agregarea semnăturilor; totuși, așa cum s-a menționat mai sus, criptografia cu curbă eliptică în care securitatea se bazează pe dificultatea rezolvării logaritmului discret este vulnerabilă la calculul cuantic și trebuie înlocuită cu o schemă cuantică rezistentă..

Funcția hash SHA-256 este sigură cuantic, ceea ce înseamnă că nu există un algoritm eficient cunoscut, clasic sau cuantic, care să îl poată inversa.

În timp ce există un algoritm cuantic cunoscut, Algoritmul lui Grover, care efectuează „căutare cuantică” pe o funcție black-box, SHA-256 s-a dovedit a fi sigur atât împotriva atacurilor de coliziune, cât și a atacurilor preimagini. De fapt, algoritmul lui Grover poate reduce doar �� interogările funcției black-box, SHA în acest caz, la √N, deci în loc să căutăm 2 ^ 256 posibilități, trebuie doar să căutăm 2 ^ 128, care este chiar mai lent decât algoritmii ca van Oorschot – Wiener algorithm pentru căutarea generică de coliziune și Mesele curcubeului ale lui Oechslin pentru căutare generică pre-imagine pe computere clasice. 

Vitalik Buterin, cofondator și inventator al Ethereum, a declarat într-un tweet recent că nu este încă preocupat de supremația cuantică și crede că amenințarea este încă departe.Vitalik Buterin, cofondator și inventator al Ethereum, a declarat într-un articol recent tweet că nu este încă preocupat de supremația cuantică și crede că amenințarea este încă departe.

Ethereum 2.0 va fi rezistent cuantic

În upgrade-ul Ethereum 2.0 Serenity, conturile vor putea specifica propria schemă de validare a tranzacțiilor, inclusiv opțiunea de a trece la o schemă de semnături cuantică.

Scheme de semnături bazate pe Hash, cum ar fi Semnătura Lamport se crede a fi rezistent cuantic, mai rapid și mai puțin complex decât ECDSA. Din păcate, această schemă suferă de probleme de dimensiune. Dimensiunea cheii și semnăturii publice Lamport împreună este de 231 de ori (106 octeți vs. 24 KB) mai mult decât cheia și semnătura publică ECDSA. Deci, utilizarea schemei Lamport Signature va avea nevoie de 231x mai mult spațiu de stocare decât ECDSA, care din păcate este prea mare pentru a fi practic în acest moment.

Dezvoltatorii Ethereum testează alte opțiuni de semnătură cuantice, cum ar fi XMSS (schema de semnături Merkle extinsă) semnăturile utilizate de Registrul cuantic rezistent blockchain, semnături de scară hash, și SPHINCS.

Există multe motive pentru a trece la scheme de semnături bazate pe hash, cum ar fi XMSS, deoarece acestea sunt rapide și produc semnături mici. Un dezavantaj major este că schemele de semnături XMSS sunt stabile, datorită arborilor lor Merkle cu multe semnături unice. Acest lucru înseamnă că starea trebuie stocată pentru a ne aminti care perechi de chei au fost deja utilizate pentru a crea o semnătură. Pe de altă parte, semnăturile SPHINCS sunt apatride, deoarece folosesc puține semnături temporale cu arborii Merkle, ceea ce înseamnă că nu mai este nevoie să stochezi statul, deoarece o semnătură ar putea fi folosită de mai multe ori. 

Pe bază de hash RANDAO funcțiile, care sunt utilizate pentru generarea de numere aleatorii în lanțul de balize în Ethereum 2.0, sunt deja considerate a fi post-cuantice.

O viziune pentru un Ethereum post-cuantic mai robust 3.0

În timpul Ethereal, Justin Drake de la Fundația Ethereum a dezvăluit planul Ethereum 3.0 din 2027 pentru a trece de la protocolul zk-SNARK la protocolul zk-STARK. Ambele tehnici permit proverului să convingă un verificator cu privire la o anumită afirmație, împărtășind doar o dovadă care susține revendicarea prover, fără a partaja nicio informație privată. Aceste tehnici sunt utilizate în mod normal ca o metodă de confidențialitate și scalabilitate pentru a trimite tranzacții confidențiale pe Ethereum sau ca înlocuitor al semnăturilor BLS pentru agregarea semnăturilor. Cu toate acestea, zk-SNARKS se bazează pe împerecheri care nu sunt rezistente cuantic. zk-SNARKS folosește o configurare de încredere, care riscă să fie compromisă, să compromită întregul sistem și să permită generarea de dovezi false.

ZK-STARK, pe de altă parte, sunt sigure cuantic, deoarece se bazează pe hash și nu pe împerechere. Îmbunătățesc această tehnologie eliminând necesitatea unei configurări de încredere.

Concluzie

Google a realizat o mare realizare. Această tehnologie va valorifica legile neobișnuite ale mecanicii cuantice pentru a aduce progrese de neimaginat în domenii precum știința materialelor și medicina. În același timp, ar putea reprezenta și cea mai mare amenințare pentru securitatea cibernetică. Din fericire, amenințarea nu este încă aici. Nimeni nu știe când va atinge puterea cuantică, dar când o va face, Ethereum va fi pregătit.

Dezvoltatorii din comunitatea Ethereum au început să lucreze la scheme alternative de semnături criptografice pentru a înlocui cei vulnerabili și a construi un protocol Ethereum post-cuantic sigur și rezistent. În plus, Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) a inițiat un proces pentru a solicita, evalua și standardiza unul sau mai mulți algoritmi criptografici cu cheie publică rezistenți la cuantă. La momentul acestei postări, NIST a făcut-o prezenți pe 26 de algoritmi pentru ca standardizarea criptografiei post-cuantice să treacă la următoarea rundă de testare.

Amira Bouguera este criptograf și inginer de securitate la ConsenSys Paris. Preda criptografie Université Paris 8.

Doriți să aflați mai multe despre Ethereum 2.0?

Consultați foaia noastră de parcurs către Serenity 

Aflați mai multe despre obiectivele de proiectare Ethereum 2.0.

Cuvinte de la Ben Edgington 

Newsletter Abonați-vă la newsletter-ul nostru pentru cele mai recente știri Ethereum, soluții pentru întreprinderi, resurse pentru dezvoltatori și multe altele. Adresa de e-mail Conținut exclusivCum să construiți un produs Blockchain de succesWebinar

Cum să construiți un produs Blockchain de succes

Cum se configurează și se execută un nod EthereumWebinar

Cum se configurează și se execută un nod Ethereum

Cum să vă construiți propriul API EthereumWebinar

Cum să vă construiți propriul API Ethereum

Cum să creați un simbol socialWebinar

Cum să creați un simbol social

Utilizarea instrumentelor de securitate în dezvoltarea contractelor inteligenteWebinar

Utilizarea instrumentelor de securitate în dezvoltarea contractelor inteligente

Viitorul activelor digitale și al DeFi-ului financiarWebinar

Viitorul finanțelor: active digitale și DeFi

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