Se i computer quantistici minacciano le blockchain, le blockchain quantistiche potrebbero essere la difesa

Una blockchain è una struttura matematica che memorizza i dati in modo sicuro nel tempo. L'idea è diventata famosa grazie al boom del Bitcoin. Bitcoin si affida alle blockchain per archiviare in modo sicuro le relative transazioni valutarie.

Ma la stessa tecnologia può archiviare qualsiasi tipo di dati: dati di spedizione, avanzamento dei programmi per computer, contratti intelligenti e così via. In effetti, le blockchain sembrano destinate a diventare una delle tecnologie abilitanti del 21° secolo.

Eppure hanno il tallone d'Achille. La sicurezza di una blockchain è garantita da funzioni crittografiche standard. Questi sono relativamente sicuri perché romperli richiede enormi risorse di elaborazione, che generalmente non sono disponibili.

Questo sembra destinato a cambiare con l'emergere di potenti computer quantistici. Sarà un gioco da ragazzi per tali dispositivi rompere questo tipo di protezione crittografica. Ma i computer quantistici non possono violare i codici crittografici quantistici, quindi vari gruppi hanno suggerito di aggiungere la crittografia quantistica alle blockchain per garantirne la sicurezza.

C'è una soluzione migliore e più fondamentale, affermano Del Rajan e Matt Visser della Victoria University di Wellington in Nuova Zelanda. La crittografia quantistica aggiunge semplicemente uno strato quantico al protocollo blockchain standard. Invece, suggeriscono di rendere l'intera blockchain un fenomeno quantistico.

La loro idea è quella di creare una blockchain usando particelle quantistiche che sono intrecciate nel tempo. Ciò consentirebbe a una singola particella quantistica di codificare la storia di tutti i suoi predecessori in un modo che non può essere violato senza distruggerlo. Un tale protocollo si basa sulle leggi della fisica per garantire la sicurezza. Tuttavia, porta anche a qualcuno effetti collaterali insoliti. Questa blockchain quantistica decentralizzata può essere vista come una macchina del tempo quantistica in rete, affermano Rajan e Visser.

Prima un po' di background. Una blockchain è semplicemente un libro mastro che registra informazioni di un certo tipo, ad esempio le transazioni in valuta. Le transazioni vengono continuamente aggiunte a un database chiamato blocco, ma alla fine di un determinato periodo di tempo, il blocco viene crittografato utilizzando un dispositivo matematico chiamato funzione di hashing. Questo produce un numero univoco che può essere utilizzato per rappresentare esattamente i dati.

Questo numero univoco viene quindi incluso nel blocco successivo con la successiva serie di transazioni. Dopo un po', è tutto crittografato utilizzando la funzione di hashing per produrre un nuovo numero univoco. Questo viene aggiunto al blocco successivo. E così via, creando una catena di blocchi che sono tutti annidati all'interno dell'ultimo, da cui il nome blockchain.

Chiunque tenti di falsificare il record storico dovrebbe trovare un modo per alterare i dati in un modo che non cambi il risultato della funzione di hashing. E questo è così impegnativo dal punto di vista computazionale che è considerato impossibile con un computer classico. Ma è possibile con il tipo di computer quantistici che saranno presto disponibili.

Quindi Rajan e Visser hanno escogitato un approccio diverso che si basa su una versione completamente quantistica di una blockchain. Il fenomeno alla base del loro approccio è chiamato entanglement. Quando due particelle quantistiche sono intrecciate, condividono la stessa esistenza. Questo accade quando interagiscono nello stesso punto nello spazio e nel tempo. Dopodiché, una misurazione su uno influenza immediatamente l'altro, non importa quanto distanti possano essere.

Ciò che garantisce sicurezza è che l'entanglement è straordinariamente fragile. Una misurazione su una coppia di particelle aggrovigliate distrugge immediatamente il collegamento. Quindi, se un utente malintenzionato tenta di interferire con uno dei due, è immediatamente ovvio per l'altro.

Proprio come le particelle possono impigliarsi nello spazio, possono anche rimanere impigliate nel tempo. Quindi una particella esistente nel presente può essere intrecciata con una che esisteva nel passato. E una misurazione su di esso influenza immediatamente il suo predecessore.

Ciò porta ad alcuni fenomeni sottili e controintuitivi. Ad esempio, esiste uno speciale senso quantistico in cui diventa possibile influenzare il passato. Naturalmente, ci sono limiti severi su ciò che questo rende possibile. Non è possibile, ad esempio, mettere in atto una serie di eventi che uccideranno i tuoi nonni, assicurandoti così di non essere mai esistito. Questo tipo di paradosso non è consentito.

Ma diventa più difficile distinguere tra causa ed effetto. Un altro effetto è che diventa possibile aumentare la quantità di informazioni che possono essere trasmesse nel tempo.

È questo tipo di entanglement temporale che Rajan e Visser sfruttano per produrre una blockchain quantistica. L'idea di base è codificare i dati su una particella quantistica. Questo diventa il primo blocco quantistico.

Quando sono disponibili più dati, questi vengono combinati con i dati della prima particella in un'operazione quantistica che li lega a una seconda particella. Il primo viene quindi scartato e il record del primo blocco di transazioni viene combinato con il secondo blocco. I dati di un terzo blocco possono essere aggiunti allo stesso modo, creando una catena.

Questa catena è sicura perché chiunque tenti di manometterla la invalida immediatamente. Questo è il vantaggio dell'entanglement quantistico.

Questa blockchain quantistica ha un altro vantaggio: i blocchi precedenti sono completamente a prova di manomissione. L'attaccante non può nemmeno tentare di accedere ai fotoni precedenti poiché non esistono più, affermano Rajan e Visser. L'entanglement nel tempo offre un vantaggio di sicurezza molto maggiore rispetto a un entanglement nello spazio.

Inoltre, la maggior parte della tecnologia per far funzionare questo lavoro esiste già, almeno in forma di prova di principio. Tutti i sottosistemi di questo progetto hanno già dimostrato di essere realizzati sperimentalmente, affermano Rajan e Visser.

Questo è un lavoro interessante che probabilmente diventerà più rilevante quando inizieranno a emergere potenti computer quantistici. IBM ha già un computer quantistico a 50 qubit e sono in cantiere macchine più potenti. È solo questione di tempo prima che diventino in grado di minare la fiducia nelle blockchain.

Ma una parte fondamentale dell'infrastruttura necessaria per far funzionare questo tipo di blockchain quantistica non è ancora disponibile: un web quantistico. Questa è una rete in grado di trasmettere informazioni quantistiche tramite router quantistici senza distruggerne le proprietà quantistiche. Questo tipo di sistema è attualmente in fase di progettazione e dovrebbe essere implementato in Europa, Stati Uniti e Cina nei prossimi mesi o anni.

In effetti, il compito di costruire un tale sistema è essenzialmente un compito di ingegneria piuttosto che di fisica fondamentale. Quindi è solo questione di tempo prima che una blockchain quantistica diventi possibile. Se sarà questo protocollo ad emergere come il migliore è un'altra domanda, ovviamente.

Forse Rajan e Visser potrebbero mettere a frutto la loro macchina del tempo quantistica scoprendo quale tecnologia alla fine trionferà in futuro!

Rif: arxiv.org/abs/1804.05979 : Blockchain quantistica che utilizza l'entanglement nel tempo

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