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Prima tecnologia Blockchain Quantum-Secured testata a Mosca
L'interesse per le criptovalute è attualmente in fermento con banche, aziende e governi che corrono per capire la tecnologia e come sfruttarla. Di conseguenza, il mercato delle criptovalute ha iniziato a crescere in modo esponenziale e il mese scorso ha raggiunto la sorprendente capitalizzazione di mercato di $ 90 miliardi. Qualunque cosa accada dopo, le criptovalute sembrano sicuramente svolgere un ruolo sempre più influente nel sistema finanziario globale.
Ma c'è un problema all'orizzonte. La grande sfida con il denaro digitale è garantire che tutti lo utilizzino onestamente. E sembra esserci una buona soluzione sotto forma di tecnologia blockchain. Ciò garantisce l'onestà utilizzando tecniche crittografiche che sono ampiamente ritenute indistruttibili, tranne che con attacchi di forza bruta.
E qui sta il problema. Gli attacchi di forza bruta sono difficili per i computer classici, ma saranno facili per la prossima generazione di computer quantistici. Il grande potere di sgranocchiare numeri di questi dispositivi significa che non appena saranno disponibili, le criptovalute saranno improvvisamente più vulnerabili agli attacchi.
Quindi un modo per proteggere la tecnologia blockchain dagli attacchi quantistici sarebbe estremamente utile.
Entrano Evgeny Kiktenko al Russian Quantum Center di Mosca e alcuni amici che hanno progettato, costruito e testato un sistema blockchain quantistico in cui la sicurezza è garantita dalla meccanica quantistica. L'hanno costruito utilizzando un sistema di crittografia quantistica standard del tipo già disponibile in commercio.
Prima un po' di background. Le blockchain registrano un elenco di transazioni in modo da prevenire usi disonesti, come manomissioni o doppie spese. Consentono a qualsiasi computer di tenere traccia di questo elenco compilandolo in un blocco, che viene quindi crittografato per formare un numero chiamato hash.
Il processo di crittografia è importante. È un algoritmo facile da calcolare ma difficile da eseguire al contrario (come la fattorizzazione). Il valore hash che produce è una proprietà unica del blocco e qualsiasi manomissione dei record sarebbe immediatamente evidente perché ciò modificherebbe l'hash.
Le nuove transazioni vengono quindi raccolte insieme in un nuovo blocco e aggiunte al valore hash esistente. Questo viene quindi crittografato per creare un nuovo hash per il nuovo blocco. Questo viene aggiunto all'elenco successivo di transazioni quando vengono crittografate e così via. Il risultato è una catena di blocchi che contengono ciascuno i valori hash di tutti i blocchi precedenti, da cui il termine blockchain.
Tutti i computer che memorizzano questi blocchi confrontano regolarmente i loro valori hash per assicurarsi che siano tutti d'accordo. Qualsiasi computer che non è d'accordo, scarta i record che stanno causando il problema.
Questo approccio è buono ma non è perfetto. Un modo per giocare con questo sistema è che un utente disonesto modifichi l'elenco delle transazioni a suo favore, ma in un modo che lasci l'hash invariato. Questo può essere fatto con la forza bruta, in altre parole modificando un record, crittografando il risultato e verificando se il valore hash è lo stesso. E in caso contrario, prova ancora e ancora e ancora finché non trova un hash che corrisponde.
La sicurezza delle blockchain si basa sulla convinzione che i normali computer possano eseguire questo tipo di attacco di forza bruta solo su scale temporali del tutto impraticabili, come l'età dell'universo. Al contrario, i computer quantistici sono molto più veloci e di conseguenza rappresentano una minaccia molto maggiore.
Kiktenko e co hanno una soluzione che previene attacchi quantistici di questo tipo. La loro tecnologia blockchain è leggermente diversa. Una transazione tra due persone contiene le informazioni sul mittente, il destinatario, l'ora di creazione, l'importo da trasferire e un elenco di transazioni di riferimento che giustificano che il mittente ha fondi sufficienti per l'operazione.
Questa transazione viene quindi inviata a tutti i computer nella rete valutaria che la memorizzano fino a un tempo prestabilito, ad esempio 10 minuti, in cui le transazioni vengono raccolte in un blocco.
La fase successiva utilizza un algoritmo che consente a tutte le parti di concordare sul fatto che l'elenco delle transazioni sia onesto. Questo si basa su prove degli anni '80 in cui tutti condividono per la prima volta le proprie informazioni con tutti gli altri computer. Successivamente, comunicano le informazioni che hanno ricevuto dalle altre parti della rete, consentendo a tutti di vedere chi ha detto cosa. Le parti condividono quindi queste informazioni in un altro round e così via fino a quando non concordano sul fatto che tutti i computer abbiano le stesse informazioni.
La prova è che è sempre possibile raggiungere un consenso in meno turni rispetto ai partiti, a condizione che almeno due terzi dei partiti siano onesti.
Ma in un tale sistema come può Alice essere sicura di ricevere informazioni da Bob e viceversa? Senza questa certezza, è facile per un utente malintenzionato giocare con il sistema fingendo di essere molti utenti diversi.
È qui che entra in gioco la meccanica quantistica. Alice e Bob possono verificarsi reciprocamente le identità utilizzando una tecnica chiamata distribuzione di chiavi quantistiche. Questo invia informazioni utilizzando particelle quantistiche come i fotoni, che non possono essere copiati da un intercettatore senza distruggerli. In questo modo, Alice e Bob possono essere sicuri dell'identità dell'altro.
Quindi il fondamento del sistema di Kiktenko e compagni è un sistema di identificazione quantistica in cui ciascuna parte può verificare l'identità di chiunque altro in un modo garantito dalle leggi della fisica. Questa firma quantistica è allegata a ogni transazione, rendendo impossibile la manomissione.
Kiktenko e colleghi affermano di aver costruito proprio un sistema del genere utilizzando il sistema di crittografia quantistica disponibile in commercio della società svizzera ID Quantique. Abbiamo sviluppato un protocollo blockchain con autenticazione teoricamente sicura basata su una rete in cui ogni coppia di nodi è collegata da un collegamento di distribuzione della chiave quantistica, dicono.
E l'hanno testato in una rete di quattro utenti, uno dei quali sta tentando di ingannare il sistema con una doppia spesa. Questo protocollo elimina [la] transazione a doppia spesa dopo il secondo round di comunicazione e consente la formazione di un blocco contenente solo transazioni legittime, affermano Kiktenko e co.
Questo è un interessante esperimento di prova di principio che mostra come le tecniche quantistiche possono essere utilizzate per proteggere le tecnologie blockchain.
Ma non è perfetto. In particolare, presuppone che meno di un terzo delle parti sia disonesto. Se più di un terzo degli utenti accetta di giocare con il sistema, diventa banale farlo.
Ci sono anche ostacoli tecnologici significativi nel far funzionare questo sistema su scala più ampia. Non ultimo di questi è la creazione di un Internet quantistico per consentire che questo tipo di transazione avvenga su lunghe distanze. Questa è una sfida che dovrebbe essere superata dato che è attualmente affrontata da ricercatori di tutto il mondo.
La minaccia dei computer quantistici è certamente reale, e non solo per la tecnologia blockchain. Tutte le informazioni attualmente archiviate utilizzando la crittografia convenzionale diventeranno insicure non appena verrà acceso il primo computer quantistico sufficientemente potente.
Con l'improvvisa corsa all'uso delle criptovalute, sarebbe chiaramente utile rendere la tecnologia a prova di futuro contro questa minaccia quantistica.
Rif: arxiv.org/abs/1705.09258 : Blockchain a protezione quantistica