Hoe beïnvloedt Quantum Computing Blockchain?

blog 1NieuwsOntwikkelaarsEnterpriseBlockchain ExplainedEvenementen en conferentiesPersNieuwsbrieven

Abonneer op onze nieuwsbrief.

E-mailadres

Wij respecteren uw privacy

HomeBlogBlockchain-ontwikkeling

Hoe beïnvloedt Quantum Computing Blockchain??

Inzichten over kwantumcomputing, het potentiële risico voor Ethereum en de lopende inspanningen om kwantumbestendige cryptografische algoritmen met openbare sleutels te standaardiseren. Door Amira BougueraDecember 3, 2019Geplaatst op 3 december 2019

kwantum suprematie held

We ontdekken een nieuwe realiteit. Dingen die ooit onvoorstelbaar waren, worden werkelijkheid en maken deel uit van onze wereld. Het bereiken van kwantumoverheersing is een van de monumentale doorbraken die een revolutie teweeg zullen brengen in de geschiedenis. Maar welk effect zal het hebben op Ethereum? Cryptograaf en blockchain-onderzoeker Amira Bouguera legt het uit in het volgende artikel.

Een Een “kwantumkoelkast” houdt qubits op de superlage temperatuur die nodig is voor computergebruik. Bron: Microsoft

“Wetenschap biedt de meest brutale metafysica van onze tijd. Het is een door en door menselijke constructie, gedreven door het geloof dat als we dromen, erop aandringen om te ontdekken, uitleggen en opnieuw dromen, de wereld op de een of andere manier duidelijker zal worden en we de ware vreemdheid van het universum zullen begrijpen. “

TL; DR:

  • Quantum computing heeft de mogelijkheid om kwantumfysica op een computer te simuleren.
  • Onderzoekers bij Google beweerden Quantum Supremacy te hebben bereikt.
  • Toch zijn er nog vele jaren voordat Ethereum een ​​bedreiging zou ervaren voor de huidige cryptografische handtekeningen.
  • Het ECDSA-schema voor het ondertekenen van transacties wordt bedreigd, maar zal tijdens de Ethereum 2.0 Serenity-update worden vervangen.
  • Ontwikkelaars testen verschillende kwantumbestendige handtekeningopties zoals XMSS, hashladder-handtekeningen en SPHINCS om ECDSA te vervangen. 
  • Niemand weet wanneer de kwantumkracht zal toeslaan, maar wanneer dat het geval is, zal Ethereum worden voorbereid.

Onze reis naar kwantumcomputers begint in 1981 toen de briljante Nobelprijswinnaar Feynman de volgende vraag stelde op een MIT-conferentie over natuurkunde en rekenen:

“Kunnen we natuurkunde simuleren op een computer?”

Op dat moment dacht niemand dat het mogelijk zou zijn. Dit komt terug op de definitie van natuurkunde en de beperkingen van klassieke computers. Fysica is de studie van energie, materie en de interactie daartussen. Onze wereld, en de werkelijkheid op zichzelf, is kwantum van aard; elektronen bestaan ​​in meerdere toestanden tegelijk, en we kunnen dat niet goed modelleren met klassieke computers. Elke mogelijkheid doorrekenen is gewoon teveel voor hen, bijvoorbeeld:

Molecuul met 10 elektronen = 1000 mogelijke toestanden

Molecuul met 20 elektronen = meer dan 1 miljoen mogelijke toestanden


Feynmans toespraak en begeleidend papier in 1982 is het eerste werk dat expliciet de constructie bespreekt van een machine die zou werken volgens kwantummechanische principes. Hij besprak het idee van een universele kwantumsimulator, d.w.z. een machine die kwantumeffecten zou gebruiken om andere kwantumeffecten te onderzoeken en simulaties uit te voeren..

Tech reuzen racen om de eerste kwantumcomputer te bouwen, een apparaat met miljoenen keren meer verwerkingskracht dan alle computers die momenteel op aarde zijn samen. Onlangs in een artikel gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift, Natuur, Google heeft aangekondigd dat het zich heeft gerealiseerd wat ooit als onmogelijk werd beschouwd: het bereiken van kwantumoverheersing. 

Wat is Quantum Supremacy?

Om kwantumsuprematie te verklaren, is het de moeite waard om te beschrijven hoe kwantumcomputers werken. 

In een kwantumcomputer hebben we kwantumbits (qubits), die zich in staat 0 of 1 of beide tegelijk kunnen bevinden, terwijl klassieke computers worden weergegeven door bits, die zich in de toestand 0 of 1 kunnen bevinden.

Qubits kunnen alles zijn dat kwantumgedrag vertoont: een elektron, een atoom of een molecuul. 

Het verschil tussen bit en qubitHet verschil tussen bit en qubit

Twee belangrijke aspecten van de kwantummechanica zijn superpositie en verstrengeling. Deze twee concepten vormen het geheim achter de superkracht van de kwantumcomputer.

Superpositie is een buitengewoon fenomeen in de kwantumfysica dat door kwantumcomputers wordt gebruikt. Het laat een deeltje toe om in twee afzonderlijke staten tegelijk te bestaan, als gevolg van het feit dat het is gekoppeld aan een willekeurig deeltje subatomair gebeurtenis die wel of niet kan plaatsvinden. 

Het kattenexperiment van SchrödingerHet kattenexperiment van Schrödinger

Een kat, met een geigerteller, en een beetje gif in een afgesloten doos. De kwantummechanica zegt dat de kat na een tijdje zowel levend als dood is. ​                        

Kan een kat tegelijkertijd dood en levend zijn?? 

Het kattenexperiment van Schrödinger: kans op resultaatHet kattenexperiment van Schrödinger: kans op resultaat

We weten niet of de kat dood of levend is totdat we kijken, en als we dat doen, is hij dood of levend, maar als we hetzelfde experiment met genoeg katten herhalen, zien we dat de kat de helft van de tijd overleeft en de helft van de tijd dat hij sterft.

Wanneer houdt een kwantumsysteem op te bestaan ​​als een superpositie van staten en wordt het de een of de ander??

In de kwantumfysica is de verstrengeling van deeltjes beschrijft een relatie tussen hun fundamentele eigenschappen die niet toevallig kan zijn ontstaan. Dit kan verwijzen naar toestanden zoals hun momentum, positie of polarisatie.

Het experiment van Schrödinger: verstrikte katHet experiment van Schrödinger: verstrikte kat

Als u iets weet over een van deze kenmerken voor het ene deeltje, zegt u iets over hetzelfde kenmerk voor het andere deeltje. Dit betekent dat de persoon die de doos in de vorige ervaring heeft geopend, is verstrengeld of verbonden met de kat en dat de “observatie van de toestand van de kat” en de “toestand van de kat” met elkaar overeenkomen.

The State of Quantum Computers Today

Tegenwoordig is het gebruik van de term “kwantumcomputers” niet langer beperkt tot wetenschappelijke tijdschriften en natuurkundige conferenties. Veel spelers zijn verwikkeld in een strijd over wie de eerste krachtige kwantumcomputer kan bouwen. Dit zijn onder meer commerciële entiteiten zoals Google, Rigetti, IBM, Intel, D-Wave, IonQ en Microsoft. Bovendien, vrijwel alle grote natiestaten geven momenteel miljarden dollars uit aan de ontwikkeling en het onderzoek van kwantumcomputers.

Bron: StatistaBron: Statista

De race voor kwantumoverheersing 

Kwantum suprematie is het idee dat een kwantumcomputer iets doet wat klassieke computers redelijkerwijs niet kunnen. In dit geval beweerde de gerapporteerde Google-paper dat het in staat was om een ​​taak (een bepaalde generatie van willekeurige getallen) op zijn QC uit te voeren in 200 seconden (3 minuten en 20 seconden), vergeleken met wat 10.000 jaar zou duren op een supercomputer. 

Google heeft Sycamore, de nieuw ontwikkelde 53-qubit-kwantumprocessor, gebruikt om kwantumoverheersing te bereiken. Het doel van dit gate-gebaseerde supergeleidende systeem is om een ​​testbed te bieden voor onderzoek naar systeemfoutpercentages en schaalbaarheid van hun qubit-technologie, evenals toepassingen in kwantum simulatie, optimalisatie, en machine learning.

De Sycamore-chipDe Sycamore-chip (Bron

Hoewel de prestatie van Google een enorme stap voorwaarts was in de vooruitgang van kwantumcomputers, zijn er nog belangrijke mijlpalen voordat er een commercieel levensvatbare kwantumcomputer kan bestaan ​​die kan worden gebruikt om echte problemen op te lossen..

Is kwantumcomputers een bedreiging voor de cyberbeveiliging??

Quantum computing is een ontketende kracht met twee kanten. Enerzijds vertegenwoordigt het een belangrijke doorbraak op gebieden als wetenschap, levensreddende medische vooruitgang en financiële strategieën. Aan de andere kant heeft het de kracht om onze huidige versleutelingssystemen die worden gebruikt om informatie te beschermen, te doorbreken.

De beveiliging van de meeste cryptografische methoden die momenteel worden gebruikt, of het nu gaat om codering of digitale handtekening, is gebaseerd op de moeilijkheid om een ​​aantal wiskundige problemen op te lossen.

Laten we de volgende voorbeelden nemen:

Bij het berekenen van discrete logaritmen en factoring gehele getallen zijn verschillende problemen, ze kunnen allebei worden opgelost met behulp van kwantumcomputers.

  • In 1994 vond de Amerikaanse wiskundige Peter Shor uit een kwantumalgoritme dat het RSA-algoritme in polynomiale tijd kraakt versus 300 biljoen jaar op een klassieke computer voor RSA met 2048-bit.
  • ECDSA is kwetsbaar gebleken voor een aangepaste versie van het algoritme van Shor en is zelfs gemakkelijker op te lossen dan RSA met kwantumcomputers vanwege de kleinere sleutelruimte.  
  • Een cryptografische sleutel met een 160-bits elliptische curve zou op een kwantumcomputer kunnen worden verbroken met ongeveer 1000 qubits, terwijl het factureren van de beveiligingsgewijze equivalente 1024-bits RSA-modulus ongeveer 2000 qubits zou vereisen.
Hoe zou dit Ethereum beïnvloeden?? 

Ethereum gebruikt momenteel elliptische curve-gebaseerde schema’s zoals het ECDSA-schema voor het ondertekenen van transacties en BLS voor handtekening aggregatie​zoals hierboven vermeld, is de elliptische curve-cryptografie waarin beveiliging is gebaseerd op de moeilijkheid om de discrete logaritme op te lossen kwetsbaar voor kwantumcomputers en moet worden vervangen door een kwantumbestendig schema.

De hash-functie SHA-256 is kwantumveilig, wat betekent dat er geen efficiënt bekend algoritme is, klassiek of kwantum, dat het kan omkeren.

Hoewel er een bekend kwantumalgoritme is, Grover’s algoritme, die “kwantumonderzoek” uitvoert via een black-box-functie, heeft SHA-256 bewezen veilig te zijn tegen zowel aanvals- als preimage-aanvallen. In feite kan het algoritme van Grover �� zoekopdrachten van de black-box-functie, SHA in dit geval, alleen reduceren tot √N, dus in plaats van 2 ^ 256 mogelijkheden te zoeken, hoeven we alleen maar 2 ^ 128 te zoeken, wat zelfs langzamer is dan algoritmen Leuk vinden van Oorschot-Wiener algoritme voor algemeen zoeken naar botsingen en De regenboogtafels van Oechslin voor generiek zoeken naar afbeeldingen op klassieke computers. 

Vitalik Buterin, mede-oprichter en uitvinder van Ethereum, verklaarde in een recente tweet dat hij zich nog geen zorgen maakt over kwantumoverheersing en gelooft dat de dreiging nog ver weg is.Vitalik Buterin, mede-oprichter en uitvinder van Ethereum, verklaarde in een recent tweet dat hij zich nog geen zorgen maakt over kwantumsuprematie en gelooft dat de dreiging nog ver weg is.

Ethereum 2.0 zal kwantumbestendig zijn

In de Ethereum 2.0 Serenity-upgrade kunnen accounts hun eigen schema specificeren voor het valideren van transacties, inclusief de mogelijkheid om over te schakelen naar een kwantumveilig ondertekeningsschema.

Op hash gebaseerde handtekeningschema’s zoals de Lamport handtekening worden verondersteld te zijn kwantumbestendig, sneller en minder complex dan ECDSA. Helaas lijdt dit schema aan problemen met de grootte. De grootte van de openbare sleutel en handtekening van Lamport samen is 231 keer (106 bytes versus 24 KB) meer dan de openbare sleutel en handtekening van ECDSA. Het gebruik van het Lamport Signature-schema heeft dus 231x meer opslagruimte nodig dan ECDSA, dat helaas te groot is om op dit moment praktisch te zijn.

Ethereum-ontwikkelaars testen andere kwantumbestendige handtekeningopties zoals XMSS (eXtended Merkle-handtekeningschema) handtekeningen gebruikt door Het Quantum Resistant Ledger blockchain, hash ladder handtekeningen, en SFINCS.

Er zijn veel redenen om over te schakelen naar op hash gebaseerde handtekeningschema’s zoals XMSS, aangezien ze snel zijn en kleine handtekeningen opleveren. Een groot nadeel is dat XMSS-handtekeningschema’s stateful zijn, vanwege hun Merkle-bomen met veel eenmalige handtekeningen. Dit betekent dat de staat moet worden opgeslagen om te onthouden welke eenmalige sleutelparen al zijn gebruikt om een ​​handtekening te maken. Aan de andere kant zijn SPHINCS-handtekeningen staatloos omdat ze weinig maatsoorten gebruiken met Merkle-bomen, wat betekent dat de staat niet meer hoeft te worden opgeslagen omdat één handtekening meerdere keren kan worden gebruikt. 

Op hash gebaseerd RANDAO functies, die worden gebruikt voor het genereren van willekeurige getallen in de bakenketen in Ethereum 2.0, worden al verondersteld post-kwantum te zijn.

Een visie voor een meer robuust post-kwantum-ethereum 3.0

Tijdens Ethereal, Justin Drake van de Ethereum Foundation onthulde het 2027 Ethereum 3.0-plan om over te stappen van het zk-SNARKs naar het zk-STARKs-protocol. Beide technieken stellen de bewijzer in staat een verificateur te overtuigen van een bepaalde bewering door alleen een bewijs te delen dat de bewering van de beider ondersteunt, zonder persoonlijke informatie te delen. Deze technieken worden normaal gesproken gebruikt als een privacy- en schaalbaarheidsmethode om te verzenden vertrouwelijke transacties op Ethereum of als vervanging van BLS-handtekeningen voor handtekeningaggregatie. Zk-SNARKS vertrouwt echter op paren die niet kwantumresistent zijn. zk-SNARKS maakt gebruik van een vertrouwde setup, die het risico loopt gecompromitteerd te worden, het hele systeem in gevaar te brengen en het genereren van valse bewijzen mogelijk maakt.

ZK-STARKs zijn daarentegen kwantumveilig omdat ze gebaseerd zijn op hash en niet op paren. Ze verbeteren deze technologie door de behoefte aan een vertrouwde installatie overbodig te maken.

Conclusie

Google heeft een geweldige prestatie neergezet. Deze technologie zal de ongebruikelijke wetten van de kwantummechanica gebruiken om onvoorstelbare vooruitgang te boeken op gebieden als materiaalkunde en geneeskunde. Tegelijkertijd kan het ook de grootste bedreiging vormen voor cyberveiligheid tot nu toe. Gelukkig is de dreiging er nog niet. Niemand weet wanneer de kwantumkracht zal toeslaan, maar als dat het geval is, zal Ethereum worden voorbereid.

Ontwikkelaars uit de Ethereum-gemeenschap zijn begonnen met werken aan alternatieve cryptografische handtekeningschema’s om de kwetsbaren te vervangen en een veilig, veerkrachtig post-kwantum Ethereum-protocol te bouwen. Bovendien heeft het National Institute of Standards and Technology (NIST) een proces gestart om een ​​of meer kwantumbestendige cryptografische algoritmen met openbare sleutels te vragen, te evalueren en te standaardiseren. Op het moment van deze plaatsing heeft NIST op de shortlist van 26 algoritmen voor post-kwantumcryptografiestandaardisatie om door te gaan naar de volgende testronde.

Amira Bouguera is een cryptograaf en beveiligingsingenieur bij ConsenSys Parijs. Ze doceert cryptografie aan de Université Paris 8.

Wilt u meer weten over Ethereum 2.0?

Bekijk onze routekaart naar Serenity 

Lees meer over de ontwerpdoelen van Ethereum 2.0.

Woorden van Ben Edgington 

Abonneer u op onze nieuwsbrief voor het laatste Ethereum-nieuws, bedrijfsoplossingen, bronnen voor ontwikkelaars en meer.Hoe u een succesvol blockchain-product bouwtWebinar

Hoe u een succesvol blockchain-product bouwt

Hoe u een Ethereum-knooppunt instelt en uitvoertWebinar

Hoe u een Ethereum-knooppunt instelt en uitvoert

Hoe u uw eigen Ethereum-API kunt bouwenWebinar

Hoe u uw eigen Ethereum-API kunt bouwen

Hoe u een sociaal token maaktWebinar

Hoe u een sociaal token maakt

Beveiligingshulpmiddelen gebruiken bij slimme contractontwikkelingWebinar

Beveiligingshulpmiddelen gebruiken bij slimme contractontwikkeling

De toekomst van digitale activa en defiWebinar

De toekomst van financiën: digitale activa en deFi

Mike Owergreen Administrator
Sorry! The Author has not filled his profile.
follow me
Like this post? Please share to your friends:
Adblock
detector
map