Rusijos kvantinio centro (RKC) fizikai pirmą kartą įjungė kvantinį blokčeiną – paskirstytosios duomenų bazės, kurioje praktiškai neįmanoma padirbti įrašų, kūrimo instrumentą. Klasikinės blokčeinų schemos naudojamos kriptovaliutoms (pavyzdžiui, jose užrašomi bitkonių perdavimai tarp naudotojų), o ateityje jie gali būti naudojami, sudarant išmaniuosius kontraktus, saugant intelektualinės nuosavybės teisių informacija ir kitos informacijos saugojimui. Kvantinio blokčeino užduotis – apsaugoti klasikines schemas nuo kvantinio kompiuterio pasirodymo. Schema buvo išbandyta miesto šviesolaidiniuose tinkluose (straipsnio išankstinė publikacija), bandymo rezultatai trumpai – RKC pranešime spaudai.

Blokčeinas – duomenų bazė, kurioje griežtai apibrėžti informacijos blokai eina vienas paskui kitą. Šie blokai saugomi visuose blokčeino duomenimis besinaudojančiuose kompiuteriuose. Kiekviename naujame bloke yra informacija apie pirmesnius, todėl tokioje duomenų bazėje ką nors suklastoti ar pataisyti praktiškai neįmanoma.

Blokčeine gali būti saugoma sandorių duomenų bazė – įvykių, kai vienas paskirstytojo tinklo dalyvis kitam perduoda, pavyzdžiui, kokią nors pinigų sumą. Kiekvienoje transakcijoje yra dalyvio skaitmeninis parašas ir duomenys apie save. Transakcijos sujungiamos į nuoseklius blokus – kiekviename jų užrašoma informacijos maiša (hash). Tai yra specialios funkcijos, panaudojančios kiekvieną bitą ir pateikiančios pakankamai ilgą skaičių, rezultatas. Pavyzdžiui, galima duomenų eilutę pakelti kubu ir paimti pirmus 256 rezultato bitus. Dažniausiai maišai naudojamos gan sudėtingos funkcijos – jei pakinta nors vienas transakcijos duomenų bitas, smarkiai pakinta ir pati maiša.

Norint suformuoti dar vieną blokčeino bloką, reikia išspręsti gan sudėtingą skaičiavimo užduotį. Tai apriboja blokų kūrimo spartą. Be to, jei piktavalis sukurtų bloką su padirbtomis transakcijomis ir bandytų įterpti jį į blokčeiną, jis paprasčiausiai nebebūtų tęsiamas, nes nebūtų patvirtinamos jame esančios transakcijos. Paskui sistema jį atmestų. Nemažai futurologų mano, kad blokčeinas stipriai vystysis ateityje – iki 2025 metų su juo gali būti susieta iki 10 procentų pasaulinio vidaus produkto.

Tačiau blokčeinams, kaip ir informacijos šifravimo metodams, grėsmę kelia kvantiniai kompiuteriai. Blokčeinai pagrįsti asimetriniu šifravimu – žinant skaičių, nesunku nustatyti jį sukūrusios funkcijos rezultatą (tam tereikia ta funkcija jį paveikti), tačiau žinant funkcijos poveikio skaičiui rezultatą, patį skaičių nustatyti labai sunku. Tad, paprasta patikrinti, ar bloko maiša atitinka jo turinį ir itin sunku parinkti tokį bloko turinį, kuris atitiktų konkrečią maišą.

Kvantiniai algoritmai kai kurias užduotis gali išspręsti daug spračiau už įprastus kompiuterius. Klasikinis pavyzdys – Šoro algoritmas, galintis išskaidyti skaičius į pirminius dauginamuosius. Didėjant skaičiui, dauginių perrinkimo laikas klasikiniu algoritmu didėja eksponentiškai, o kvantiniu – kaip polinomas. Šia operacija paremtas populiariu RSA algoritmu užšifruotų pranešimų iššifravimas.

Blokčeino tinklo mazge atsidūręs kvantinius kompiuteris, galėtų padirbti transakcijas vykdančių naudotojų ir blokų autorių elektroninius parašus (formuojamus RSA algoritmu). Negana to, kitu kvantiniu algoritmu – Groverio algoritmu – kvantinis kompiuteris gali kur kas sparčiau kurti naujus blokus. Jei klasikiniam kompiuteriui bloko kūrimo laikas proporcingas 2^k, tai kvantiniam kompiuteriui – 2^k/2. Taip kvantinis mazgas galėtų įgauti pranašumą ir generuoti daugiau nei pusę visų naujų tinklo blokų. Tada teoriškai piktavalis mazgo savininkas galėtų įrašyti naują blokčeino atšaką su norima informacija ir padaryti ją pagrindine.

Vienas iš apsaugos nuo kvantinio kompiuterio būdų – postkvantinės kriptografijos naudojimas. Tai – šifravimo metodai, kuriuos taip pat sudėtinga šifruoti tiek klasikiniams, tiek kvantiniams kompiuteriams. Tokius metodus jau dabar vienoje savo Chrome versijoje testuoja Google. Tačiau šiems metodams reikia didelių skaičiavimo pajėgumų, o ir jų sudėtingumas dar nėra įrodytas.

Darbo autoriai įgyvendino blokčeino koncepciją, pagrįstą kvantiniu rakto paskirstymu. Koncepcijos ypatybė – transakcijos sistemoje patvirtinamos automatiškai, tad nereikia ir skaitmeninio parašo. Parašo vaidmenį atlieka kvantinis ryšio kanalas, kuriame šifravimo rakto pasiklausymą ir pranešimų padirbimą draudžia kvantinės mechanikos dėsniai. Taip visi tinklo dalyviai tiksliai žino, kas yra transakcijos autorius. Trumpai tariant, jo „nenulaužiamumas“ remiasi tuo, kad bet koks bandymas išmatuoti kvantinės sistemos būseną neišvengiamai ją pakeičia.

Be to, naujojoje koncepcijoje nėra klasikinės blokčeino paradigmos, skelbiančios, kad blokus gali formuoti bet kuris tinklo dalyvis. Vietoje to blokų generavimas vyksta decentralizuotai. Tokias siūloma schema gali funkcionuoti, net jei „nesąžiningai“ elgsis trečdalis tinklo mazgų. Kvantinio blokčeino minusas – visi tinklo mazgai privalės būti poromis susieti vieni su kitais kvantiniais ryšio kanalais. Tuo pat metu tokia sistema gali būti plečiama ir lieka saugi, net jei kvantinės technologijos imtų sparčiai vystytis.

Algoritmą pavyko realizuoti miesto sąlygomis, trijų mazgų heterogeninio kvantinio ryšio bazėje. Svarbu, kad blokus ir raktus pavyko generuoti, nepaisant įprastinėse šviesolaidinėse ryšio linijose kylančių didelių nuostolių.

Dabar kvantiniai kompiuteriai yra ankstyvoje vystymosi stadijoje. Maksimalus kvantiniame kompiuteryje esančių kubitų skaičius neviršija 17, o kvantinių skaičiavimų pranašumas prieš klasikinius kompiuterius pademonstruotas tik labai specifinėse užduotyse. Tačiau keletas stambių korporacijų ir mokslinių grupių visame pasaulyje stengiasi sukurti tobulesnius skaičiavimo įrenginius. Neseniai kinų, vokiečių ir britų fizikų sukurtas kvantinis bozoninis sempleris, našumu sugebėjo aplenkti pirmąjį universalų klasikinį kompiuterį ENIAC maždaug 220 kartų.

V. Koroliov
nplus1.ru

Komentarai ()