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量子区块链:抵御来自量子计算机的黑客攻击

E安全4月30日讯 新西兰惠灵顿维多利亚大学理论物理科学家 Matt Visser 与 Del Rajan 一项最新研究发现,其最近提出的“量子区块链”有望保障区块链系统不受量子计算机黑客攻击的影响。这两位研究人员认为这种新型量子区块链拥有一种如时光机般的特性,即在进行自我解释时会对过往记录产生影响,量子区块链系统将能够抵御来自量子计算机的黑客攻击。

未来区块链将在更多领域得到应用

区块链是一类数据库,其负责保存关于过去的记录——例如财务或其它交易信息,确保网络中每个节点皆可达成共识,且不需要中心机构维持其准确性。区块链最著名的应用无疑是比特币,但目前各类创业公司、企业联盟以及研究项目也都在积极探索该技术的其它潜在用途。

物理学家 Del Rajan 指出,“预计到2027年,全球 GDP 总量中的10%将能够存储在区块链技术当中。”

量子区块链:抵御来自量子计算机的黑客攻击-E安全

叠加态

然而,区块链自身也面临着另一种即将出现的威胁——量子计算机。传统计算机以晶体管的开启与关闭状态分别代表1与0; 而量子计算机使用量子位作为基本单元。由于量子物理具有一系列超现实特性,因此量子位可处于叠加态——既为1又为0。

叠加态意味着同一量子位能够一次执行两次计算,而两个量子位通过所谓纠缠量子效应对接之后,即可同时执行2^2即4次计算; 三个量子位为2^3即8次计算,以此类推。

从理论上来讲,300个量子位的量子计算机将能够即时执行超过宇宙内原子数量总和的计算次数,这意味着一套强大的量子计算机将能够成功破解传统密码学领域的各类成果,包括区块链。

量子区块链与区块链的区别

如今,新西兰的研究人员们提出了一种量子区块链,旨在抵御量子计算机的黑客攻击,这套系统中的所有组件都经过了实验性验证。

Rajan 表示,“以往的区块链已经能够与量子运算相结合,但区块链本身却一直未能量子化。我们目前推出的是第一套完全量子化的区块链方案。”

量子区块链在理论上同样依赖于纠缠态。当两个或更多光子等粒子纠缠在一起时,无论距离多远,其都会相互影响——爱因斯坦将其称为“幽灵超距效应”。

量子计算机及其它量子技术通常依赖于空间上的纠缠,而这种新的量子区块链则依赖于时间层面的纠缠。换言之,无论在时间上相隔多远,两个或多个粒子间永远存在关联。

常规区块链会将记录存放在按时间顺序排布的区块当中。如果黑客试图篡改某一特定块,则该区块之后生成的所有新区块都将失效。
在量子区块链中,区块内的各条记录被编码成一系列相互缠绕的光子。这些区块按照时间顺序通过时间纠缠进行连接。

由于构成量子区块链的各区块在量子计算机网络之内传输,因此将由量子计算机创建各光子区块,而后将由其它节点将光子吸收。但因为这些光子纠缠态以跨时间方式进行连接,所以各光子既存在同时又不存在。

Rajan 解释称,“关于以往交易的记录被编码为一个随时间推移而变化的量子态。”
在这种情况下,黑客将无法对以往的任何光子编码记录进行篡改,因为这些光子在当前时间点下已经不复存在——因为它们已经被其它节点所吸收。黑客最多只能对最新编码的光子进行篡改,但这会使最新区块无效化,同时通知其它节点网络遭遇黑客入侵。Rajan表示,“这种设计相较于存在理论篡改可能性的标准区块链更为安全。”

研究人员们指出,在时间纠缠设计的支持下,对某一区块中最后一个光子进行测量将影响到该区块的第一个光子。从本质角度讲,量子区块链中的当前记录不仅与上一条记录相关,而且与所有以往的记录相关,且当前记录已经不复存在。惠灵顿维多利亚大学理论物理学家兼资深作家Matt Visser指出:“这项工作相当于创造了一台量子时光器。”

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