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全球首个量子区块链系统在莫斯科测试成功

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全球首个量子区块链系统在莫斯科测试成功

雪花又一年 2018-05-04 15:01:00 浏览158 评论0

摘要: 量子计算机的出现对各种数字货币产生了威胁(如比特币),而现在俄罗斯科学家已经研发出了一种量子技术来保障各区块链的安全。也就是说,这种全新的区块链加密方法利用的恰恰是对区块链本身造成安全威胁的量子计算技术。

量子计算机的出现对各种数字货币产生了威胁(如比特币),而现在俄罗斯科学家已经研发出了一种量子技术来保障各区块链的安全。也就是说,这种全新的区块链加密方法利用的恰恰是对区块链本身造成安全威胁的量子计算技术。


在位于莫斯科的俄罗斯国家量子研究中心,研究者Evgeny Kiktenko及其团队已经设计、建造以及测试了首个量子区块链系统。顾名思义,该系统将以量子加密技术保障区块链的安全。目前,该技术已投入到了商业应用中。


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图丨俄罗斯国家量子研究中心研究人员 Evgeny Kiktenko


众所周知,区块链技术要部署到商业应用,首先要解决的就是共识机制问题,即在交易发生时,所有节点都认同的某种约定。共识机制也很容易失效,因为同一时间点可能会发生很多起交易,所以比特币目前也面临交易次数扩容的问题。


此外,交易过程中还存在一些误导因素,比如“拜占庭将军问题”,这可以简单理解为各个利益方相互制衡的互不信任关系。但如果将这种不信任关系变得相对公开,交易方都能对对方的身份进行安全验证,就能很大程度上缓解这一问题。


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图丨拜占庭将军问题


简单而言,Evgeny Kiktenko 团队所搭建的量子识别系统是基于坚实可靠的物理法则来解决共识机制问题,它可以保证参与的每一方都能安全准确的对另一方进行身份验证。同时,由于每个人的“量子信息”都是和所有交易相关联的,所以信息变得相对公开,篡改起来也就没有那么容易。


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图丨量子区块链技术设备


Evgeny Kiktenko表示,他们已经使用瑞士公司ID Quantique的商用量子加密系统搭建起了一个上文所描述的量子识别系统。他们说:“我们已经开发了一种基于信息理论安全认证的区块链协议,在这个网络中,每对节点都是通过量子密钥分发链路相连接。”


为了验证量子区块链技术的可行性,该团队已经在拥有四个用户的网络中进行了测试,其中一个用户试图通过做出双倍的支出来验证系统的可靠性。“这个协议仅仅通过两轮信息沟通就识别出、并取消了双倍支出的交易申请,并且在同一时间就形成了只允许进行合法交易的区块。”


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    图丨区块链技术原理示意图


这是一个简单有趣的原理验证实验,揭示了量子技术是怎样来保护块链技术的。但这个实验也并非十全十美,如果有超过三分之一的参与者不遵守承诺,恶意欺骗,那么量子验证系统本身也无能为力。当然,随着量子系统规模的扩大,也会有越来越多的技术瓶颈凸显出来,其中关键的就是要通过建立一个量子互联网来保证长距离应用的可靠性。


不过,鉴于目前世界上有众多的科研人员都在攻关这一难题,相信这一问题会很快得到解决。


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图丨三人示意量子秘钥分布原理


那么,为什么这项听上去十分陌生的技术概念会诞生?众所周知,数字货币是银行系统、商业机构和政府间竞争的关键,所有人都在想方设法掌握该技术和货币的获取方法。因此,比特币市场正以指数形式疯长,上个月就已经达到九百亿美元。无论下一步会发生什么,数字货币在全球金融市场中的影响力激增是毋庸置疑的。


问题来了,如何才能确保使用者诚实地交易货币?很多人都会提及被认为是“坚不可摧”的区块链技术。简单的说,区块链是一个账本,存放在互联网的各个比特币节点上,每个节点都有一份完整的备份,里面记录着自比特币诞生以来的所有比特币转账交易。


该账本是分区块存储的,每一区块包含一部分交易记录。每一个区块都会记录着前一区块的ID,从而形成一个链状结构,所以被称为区块链。当你要发起一笔比特币交易的时候只需把交易信息上传到P2P网络中,矿工把你的交易信息记录成一个新的区块连到区块链上,交易就完成了。


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然而,区块链之所以坚不可摧,是因为它实现了数据储存系统的去中心化,取消了常用的管理机构或服务器系统,而将信息分摊到每一节点当中,且任意节点的破坏也不好影响整体的运作。其次,区块链相当于一个透明信息网络,每一笔交易都对各个节点公开透明,不存在信息不对称的现象。所以加密的数字货币绝对安全......除非受到“暴力攻击”。


这里的暴力攻击不是物理上的武装袭击,而是指用计算机简单粗暴地“试”出密码。虽然目前这一方法还很不现实,因为随机尝试的可能性太多,经典计算机几十年都试不出来。但是量子计算机可以;大家知道最近IBM的量子计算机已经投入使用了,据说会在不久的将来实现量产。所以即使有区块链技术,比特币的安全也将受到严重威胁。 


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具体谈到加密技术,就不得不提区块链所运用的“哈希算法”。该算法”是一种单向密码体制,即它是一个从明文到密文的不可逆的映射,只有加密过程,没有解密过程。”而且,哪怕对明文不起眼的一点修改都会引起密文(也叫做“哈希值”)的巨大变化,所以交易数据几乎不可能被篡改。


每一次新的交易都会被编成明文,并被添加到现有的交易记录中;通过再次进行哈希算法,新的哈希值就会生成并被储存在区块链上。所以每次哈希值的生成都是所有交易数据的映射,也就是隐含了过往的所有交易记录。


在区块链中,所有的交易节点计算机都储存着同样的哈希值,如果任何计算机不同意这一数值,那就说明这台机器被篡改了。如果黑客能够在篡改记录的情况下依旧保持哈希值不变,那么系统的麻烦就大了。通过暴力攻击,不法者能够一条条试出每一种篡改方法,然后对比出哪一种改法的哈希值不变。


另外,在对各个节点计算机对比哈希值的过程中,某个不法参与者可能伪装出多台计算机以混淆视听。这会对信息的准确性和对恶意袭击的来源判断产生严重影响。


对于以上的问题,Evgeny Kiktenko团队的论文分别提出了两种解决方法。第一种是在加密过程中在哈希算法加持量子签名(post-quantum digital signature schemes),不过具体细节没有透露。第二种,在信息对比过程中,采用一种叫做量子秘钥分布(Quantum Key Distribution)的方式来验证每位参与者的身份。


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图丨纠缠态光子发射源——实现量子秘钥分布的关键技术


对于量子密钥的概念我们并不陌生,我国发射的墨子号卫星利用的就是这一原理。信息被加载在光子等量子载体上,极高的安全性使得窃听者很难对信息进行复制或破坏。


无论如何,量子技术的发展就是这样,成熟的量子计算机既可以攻克任何使用传统密码技术保存的信息,它也可以被用来和区块链技术结合,提升密码保护的安全等级。不得不说,技术就是在这样的自我矛盾之中一点一点进步的。


-End-


原文发布时间为:2017-03-23
本文作者: DeepTech深科技
本文来源:九州量子,如需转载请联系原作者。

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