区块链与量子计算的激烈讨论

在一项最新研究中,科学家提出了一个“量子区块链”的概念设计,或许能让区块链系统免受量子计算机黑客的攻击。新的编码程序可以被诠释为非经典地影响着过去;因此这种去中心化的量子区块链可以被视作为一个量子网络化的时间机器

区块链是一种经典数据库类型,它存储着与过去有关的信息,例如财务或其他交易历史记录。独特的设计使它难以被篡改,并且不需要一个中央机构来维持其持续的准确性。区块链最著名的应用便是众所周知的比特币,但近几年各种创业公司、企业联盟和研究项目已经探索出了区块链技术的许多其他潜在用途。

根据2015年世界经济论坛调查显示:到2027年,预计全球GDP的10%将可以被储存在区块链技术中。

但是,区块链可能会因另一项即将到来的重大技术而面临麻烦——那就是量子计算机。传统计算机通过控制晶体管的开启或关闭,将数据表示为1和0,而量子计算机使用的则是量子比特。由于量子物理所具有的一部分超现实特性,量子比特可以处于同时为0和1的叠加状态

叠加允许一个量子比特能一次执行两个计算,如果两个量子比特通过一种被称为纠缠的量子效应相连在一起,那么它们可以同时执行2²(即4)个计算;三个量子比特则可进行2³(即8)个计算,以此类推。理论上,具有300个量子比特的量子计算机可在瞬间执行的计算次数多过可见宇宙中的原子数量。一个足够强大的量子计算机可以成功地破解当下所有的加密系统,包括被用来保证(经典)区块链安全的密码协议。

现在,新西兰惠灵顿维多利亚大学的理论物理学家提出了一个可以抵御量子计算机黑客攻击的量子区块链。该系统的所有组件都已通过实验实现。这项研究的第一作者 Del Rajan 说:“以前也有研究展示过与量子操作一起运作的区块链,但就区块链本身来说从来都不是量子的。而我们正在推出的是第一个全方位的量子区块链。”

量子区块链理论上依赖于量子纠缠。当两个或两个以上的粒子(如光子)纠缠在一起时,无论相距多远,它们都可以产生瞬时的相互影响,爱因斯坦将这种现象称之为“鬼魅般的超距作用”。

量子计算机和其他量子技术通常依赖于空间上的纠缠。但新的量子区块链依赖的则是时间上的纠缠——也就是说,两个或多个粒子通过纠缠连接在了一起,无论在时间上它们相隔多远。

传统的区块链将收集到的数据放入区块中,并使用加密算法将每个区块按时间顺序连接在一起。如果黑客试图篡改某个特定的区块,那么其加密设计会在该区块被篡改之后,使该区块之后的所有区块失效。

在量子区块链中,区块中的记录被编码为一系列彼此纠缠的光子。这些区块通过时间纠缠按时间顺序连接

由于构成量子区块链的区块会在由量子计算机构成的网络之中相互传输,编码每个区块的光子得以被创建、再被组成网络的节点吸收。然而,纠缠将这些光子在时间尺度上连接起来,即使是没有同时存在过的光子。

Rajan说:“关于过去交易的记录被编码成一个随时间发散的量子态。”

在这种情况下,黑客不能篡改过去的任何光子编码记录,因为这些光子在当前时间之内不再存在——它们早已被吸收。黑客最多能做到的就是试图篡改最新的光子(即最近的区块)。而成功执行这样的操作将使该区块无效,从而告知其他区块——它已被黑客入侵。Rajan说:“从理论上来说,这比标准情况下攻击者能够篡改任何区块的情况安全性更高。”

有了时间上的纠缠,测量一个区块中的最后一个光子会在测量之前影响该区块的第一个光子。区块链的当前记录与过去的记录相关。而在量子区块链中,过去的记录在本质上是一个不存在的记录。惠灵顿维多利亚大学的理论物理学家 Matt Visser 说:“这项成果可被看作是一个量子时间机器。”

编译:二宗主

参考来源:

https://arxiv.org/pdf/1804.05979.pdf

https://spectrum.ieee.org/tech-talk/computing/networks/quantum-blockchains-could-act-like-time-machines

在线阅读:李笑来《韭菜的自我修养》完整版

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