量子區(qū)塊鏈可以對所有記錄和交易進(jìn)行防水防篡改

來自新西蘭惠靈頓維多利亞大學(xué)的兩位研究人員提出了一種新的量子區(qū)塊鏈技術(shù)，通過利用跨時間的量子糾纏，可以極大地增強(qiáng)未來在量子網(wǎng)絡(luò)上運行的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，并保證其安全性。

資深作家馬特·維瑟（Matt Visser）也是著名的數(shù)學(xué)家和宇宙學(xué)家，他的著作有《人工黑洞》（Artificial Black Holes）和《洛倫茲蟲洞》（Lorentzian Wormholes）。

IEEE Spectrum分析師 Rajan說：“雖然以前有使用量子區(qū)塊鏈，但區(qū)塊鏈本身從來就不是量子。”“我們正在呈現(xiàn)第一個完全的量子區(qū)塊鏈。”

“預(yù)計到2027年，全球GDP的10%可以存儲在區(qū)塊鏈技術(shù)上，”Rajan補充道。因此，尋找提高區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)安全性的方法是至關(guān)重要的。Visser和Rajan確信，他們的量子區(qū)塊鏈概念會允許對所有記錄和交易進(jìn)行防水防篡改。

這兩位科學(xué)家建議在不同時共存的光子之間使用量子糾纏。

量子糾纏是困擾愛因斯坦的一種“遠(yuǎn)距離額幽靈般的行為”，它表明了有著共同起源或在過去曾發(fā)生過相互作用的遠(yuǎn)程量子粒子之間的相互關(guān)系。糾纏的非局域關(guān)聯(lián)似乎是瞬間的，或者至少它比其他物理交互傳播的速度要快得多。特別是在研究實驗室中反復(fù)確認(rèn)，由于粒子之間的糾纏太過遙遠(yuǎn)以至于不能以光速來交換信號。

結(jié)果表明，糾纏在一起的粒子的狀態(tài)會以微妙的方式影響其他粒子的狀態(tài)。然而，根據(jù)目前的科學(xué)共識，糾纏相關(guān)性不能用于發(fā)送比光速快的信號，而糾纏的重要實際應(yīng)用包括量子計算和量子加密貨幣學(xué)。

對于加密貨幣學(xué)來說，糾纏是一把雙刃劍。一方面，基于糾纏量子位的未來量子計算機(jī)——經(jīng)典零態(tài)和一種狀態(tài)的量子疊加中的物理量子位元有望打破當(dāng)今最強(qiáng)的加密貨幣技術(shù)。但是，量子信息技術(shù)是由擁有巨額預(yù)算的實體積極追求的，包括美國和中國政府，以及IBM、英特爾和微軟在內(nèi)的科技巨頭。

美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（NIST）最近發(fā)布的一份報告指出，在不久的將來可以開發(fā)的實用的量子計算機(jī)，將能夠極大地削弱現(xiàn)有的加密貨幣計算方法。

這可能導(dǎo)致需要更改或更新今天的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中使用的加密技術(shù)。該報告提供了一份來自NIST 2016年“量子加密貨幣報告”的表格，描述了量子計算對常用加密貨幣算法的影響。綜上所述，RSA、橢圓曲線加密學(xué)（ECDSA和ECDH）和有限域加密學(xué)（DSA）應(yīng)該被人們認(rèn)為是不安全的了。AES、SHA-2和SHA-3應(yīng)該使用更大的計算能力。

另一方面，雖然量子糾纏使強(qiáng)大的量子計算機(jī)能夠很快突破今天最好的加密計算能力，但它也使量子加密貨幣學(xué)具有無法破解的安全性，這是由量子物理本身所能夠保證的。量子區(qū)塊鏈技術(shù)利用相互糾纏的關(guān)聯(lián)來檢測竊聽者截獲加密密鑰的企圖。

如果量子糾纏聽起來很怪異，那么時間糾纏聽起來就更奇怪了。結(jié)果表明，非局域糾纏關(guān)聯(lián)不僅跨越空間，而且跨越時間。

Visser和Rajan的基本思想是將數(shù)據(jù)編碼在量子粒子上，麻省理工學(xué)院技術(shù)評論解釋道。“這將成為第一個量子區(qū)塊鏈。當(dāng)有更多的數(shù)據(jù)可用時，這將與來自第一個粒子的數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，在量子操作中將其與第二個粒子糾纏在一起。然后丟棄前者，使第一個事務(wù)塊的記錄與第二個事物塊的記錄進(jìn)行合并?？梢杂猛瑯拥姆绞教砑觼碜缘谌齻€塊的數(shù)據(jù)，從而創(chuàng)建一個鏈?！?/p>

Visser和Rajan注：“在我們的量子區(qū)塊鏈中，我們可以把我們的編碼將當(dāng)前記錄鏈接到一個塊中，而不是鏈接到過去的記錄。攻擊者甚至不能嘗試訪問先前的光子，因為它們已經(jīng)不存在了?！币虼耍瑫r間糾纏比在空間糾纏具有更大的安全效益。

Rajan總結(jié)道：“這就是將過去事務(wù)的記錄被編碼到一個跨時間傳播的量子態(tài)中?！?/p>

“這項工作可以看作是一個量子時間機(jī)器，”Visser補充道。

這聽起來可能像是科幻小說，但它得到了堅實的科學(xué)和現(xiàn)有技術(shù)的支持。所有設(shè)計的子系統(tǒng)已經(jīng)被證明是實驗過了的。此外，研究者表明：創(chuàng)建高度安全的交易網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用也可能會引起政府和公司的興趣。

量子區(qū)塊鏈不能在當(dāng)今商業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)之上實現(xiàn)，因為這些網(wǎng)絡(luò)不是為處理量子信息而設(shè)計的。然而，Visser和Rajan強(qiáng)調(diào)，目前在建立一個全球量子網(wǎng)絡(luò)方面正在取得重大進(jìn)展。

最近發(fā)表在《自然光子學(xué)》雜志上的一篇評論文章說：“我們已經(jīng)到了這樣的地步，所要面臨的問題不再是我們是否將建立一個全球量子網(wǎng)絡(luò)，而是何時以及如何實現(xiàn)它了。”

在強(qiáng)大的國家行動者中，中國正在研制量子密鑰分配衛(wèi)星和一條從北京到上海長達(dá)2000多公里的光纖線路。在私營部門，韓國電信巨頭SK telecom正在投資6500萬美元，與瑞士量子信息公司ID Quantique合作，為電信和物聯(lián)網(wǎng)市場開發(fā)量子技術(shù)。

鑒于人們對量子信息技術(shù)的興趣日益高漲，以及從Visser和Rajan的理論工作來看，在未來的量子網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)高度安全的量子分組鏈似乎是有道理的。