量子区块链:抵御量子计算机黑客攻击的新概念

作者: Del Rajan, Matt Visser

来源: https://arxiv.org/pdf/1804.05979.pdf https://spectrum.ieee.org/tech-talk/computing/networks/quantum-blockchains-could-act-like-time-machines

发布日期: 2018-04-25

科学家提出了一种新的“量子区块链”概念设计,旨在抵御量子计算机黑客的攻击。该设计依赖于量子纠缠,特别是时间上的纠缠,使得区块链中的记录难以被篡改,从而提高了系统的安全性。

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。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。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。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。

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。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。关于过去交易的记录被编码成一个随时间发散的量子态。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。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。这项成果可被看作是一个量子时间机器。

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