Guten Samstag, Habr!
Die heutige Übersetzung passt am besten zu unseren Recherchen in Bezug auf Literatur zum
Quantencomputer und kann als grundlegendes Material über die Gefahren oder umgekehrt die Möglichkeiten angesehen werden, die ein Quantencomputer für die Blockchain-Technologie bietet. Werden sie unter den Ansturm neuer Quantenmöglichkeiten geraten oder werden sie umgekehrt noch unverwundbarer?
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Buch ist in Vorbereitung - und denken Sie daran, abzustimmen.
Mal sehen, was Blockchain ist.
Haftungsausschluss: Ich habe versucht, diesen Artikel so einfach wie möglich zu gestalten und musste dafür die technischen Nuancen ein wenig ignorieren. Es tut uns auch leid, dass alle Zeichnungen von Hand signiert sind. Ich entschied, dass die Bilder, die ich selbst habe, die notwendigen Konzepte besser veranschaulichen würden als das, was ich im Internet finde.
Extrem einfache Blockchain kann wie folgt beschrieben werden: Dies ist eine Registrierung, in der Transaktionen eines bestimmten Typs aufgezeichnet werden. Die Blockchain verwendet mathematische Funktionen, z. B. das Faktorisieren einer Ganzzahl. solche funktionen lassen sich leicht in eine richtung lösen, im gegenteil schwierig - so ist sicherheit gewährleistet.
Blockchain-Transaktionen werden zu einer Datenbank hinzugefügt, die als Block bezeichnet wird, und der Block wird mit einem mathematischen Tool verschlüsselt, das als "Hash-Funktion" bezeichnet wird. Dann wird der Hash mit dem nächsten Satz von Transaktionen in den nächsten Block aufgenommen, der im nächsten Schritt erneut von der Hash-Funktion verschlüsselt wird und den nächsten Hash liefert. Ein neuer Hash wird zum nächsten Block hinzugefügt. Auf diese Weise wird eine Kette von Blöcken gebildet, und alle scheinen nacheinander ineinander verschachtelt zu sein - daher der Name „Blockchain“.
Hier ist ein Beispiel-Hash, der vom MD5-Algorithmus in Python generiert wurde. MD5 ist eine weit verbreitete Hash-Funktion, die einen 128-Bit-Hash liefert.
>>> import hashlib >>> def hash(mystring): ... hash_object=hashlib.md5(mystring.encode()) ... print(hash_object.hexdigest()) ... >>> >>> hash("Kellogg first block") 10a4826ea290595ef96e945b31054254
Das Wiederherstellen des ursprünglichen Werts (in diesem Fall „der erste Kellogg-Block“) für einen klassischen Computer ist äußerst schwierig. Dies kann nur mit brachialer Gewalt geschehen - systematisch nach einer Lösung suchen, indem alle möglichen Optionen aussortiert und geprüft werden, ob jeder nächste Kandidat die Problemstellung erfüllt. Ebenso erfordert eine Hash-Lösung für einen Bitcoin-Block - beginnend mit vielen Nullen - einen extrem hohen Rechenaufwand. Selbst wenn die gesamte Rechenleistung aller Computer im Bitcoin-Netzwerk genutzt wird, dauert die Lösung des Blocks daher ca. 7 Minuten.
Mit dem Aufkommen eines Quantencomputers kann sich jedoch alles ändern, was möglicherweise eine Bedrohung für Blockchain und Kryptowährungen darstellt. Auf welche Weise? Ich sage es dir jetzt.
Was ist ein Quantencomputer?
Eine der Grundlagen für die meisten Durchbrüche bei der Rechenleistung ist die kontinuierliche Verringerung der Größe von Transistoren. Die Essenz eines jeden Formfaktors von Berechnungen liegt in einem Transistor, da Transistoren logische Gatter bilden, die Informationen in einem Computer verarbeiten.
In den letzten Jahrzehnten haben die Chiphersteller, insbesondere Intel, die Anzahl der Transistoren in der CPU ständig erhöht und ihre Größe verringert. In einer modernen CPU ist jeder Transistor noch kleiner als das HIV-Virus. Tatsächlich sind wir nahe an der Grenze, an der Transistoren in ihrer Größe mit Atomen verglichen werden. Aus diesem Grund wird allgemein angenommen, dass das Moore-Gesetz in Zukunft nicht mehr existieren wird und die Rechenleistung nicht mehr in dem Tempo wächst, wie wir es gewohnt sind.
Eine Lösung für dieses Problem ist das Quantencomputing.
In einem klassischen Computer, in dem Informationen auf der Basis von Transistoren verarbeitet werden, kann ein Bit nur 0 und 1 sein. Quantenberechnungen basieren jedoch auf einer Folge von Qubits, von denen jedes 1, 0 oder eine beliebige Quantenüberlagerung von Zuständen zweier Qubits darstellen kann. Im Allgemeinen kann ein Quantencomputer mit n Qubits in einer beliebigen Überlagerung mit bis zu 2 ^ n Zuständen gleichzeitig vorliegen.
Ein klassischer Computer kann sich zu einem bestimmten Zeitpunkt nur in einem von 2 ^ n Zuständen befinden. Ein Quantencomputer ist also exponentiell schneller als ein klassischer.
Wie ist eine solche Überlagerung möglich? Tatsache ist, dass die Quantenwelt per Definition parallel ist. In dem berühmten Experiment mit zwei Schlitzen, das von Thomas Young festgelegt wurde, konnte ein Partikel gleichzeitig durch zwei Schlitze dringen. Der beste Quantencomputer kann eine enorme Menge an Berechnungen ausführen und ist viel schneller als ein klassischer Computer.
Prinzipien des Quantencomputings
Die meisten von uns haben die klassische Mechanik in der Schule kennengelernt, und das Phänomen des Quantencomputers kann im Gegenteil nicht als intuitiv bezeichnet werden. Ich werde versuchen, eines der einfachsten Beispiele zu demonstrieren, die ich aus einem Universitätskurs kenne.
Ratet mal, welches der Würfelgesichter vorne ist? Vielleicht bist du dir nicht sicher. Sobald Sie sich jedoch für sich entscheiden, wird die Verwirrung enden. Die Unsicherheit möglicher Zustände beschreibt eines der tiefsten Prinzipien der Quantenmechanik - das Prinzip der Überlagerung.
Dank dieses Prinzips können n Qubits jede Überlagerung darstellen, die gleichzeitig bis zu 2 ^ n verschiedene Zustände umfasst.
Betrachten Sie nun dieses Bild. Welches Gesicht ist die Front?
Das ist interessant. Auch hier sind Sie sich nicht sicher, aber wenn Sie sich für den ersten Würfel entscheiden, bestimmen Sie sofort den zweiten. Irgendwie sind diese beiden im Raum getrennten Würfel miteinander verbunden.
Quantenverschränkung ist ein Phänomen, bei dem die Quantenzustände von zwei oder mehr Objekten relativ zueinander beschrieben werden müssen, auch wenn einzelne Objekte im Raum voneinander entfernt sind.
Quantenverschränkung ist das überkritische Detail der Arbeit mit einem Quantencomputer. Ein Quantencomputer setzt die Verschränkung und misst dann die Ausgabe, wobei die Überlagerung auf 0 oder 1 (klassischer Zustand) reduziert wird. Viele Algorithmen in der Quantenwelt geben mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit die richtige Antwort. Durch wiederholtes Starten, Ausführen und Messen der Ergebnisse eines Quantencomputers kann jedoch die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, die richtige Antwort zu erhalten.
Blockchain-Bedrohung
Wie oben erwähnt, basiert die Blockchain-Technologie auf der Verwendung kryptografischer Techniken, von denen angenommen wird, dass sie für das Hacken nahezu unverwundbar sind, mit Ausnahme von Brute-Force-Angriffen, die enorme Rechenleistung erfordern. Konzeptionell ähnelt eine solche Kryptographie der Technologie, mit der die Kommunikation im Internet bereitgestellt wird.
Ein Quantencomputer sollte jedoch aufgrund seiner enormen Rechenleistung theoretisch die Kryptographie mit öffentlichen Schlüsseln knacken - und daher eine Bedrohung für die Blockchain darstellen.
Es stimmt, es gibt Probleme im Zusammenhang mit der Skalierung von Quantencomputern.
Die Qubits sind extrem zerbrechlich. Selbst Hintergrundgeräusche können zur Dekohärenz führen und die Quantennatur des Teilchens stören.
Für jedes nützliche Qubit werden weitere 10 bis 100 Qubit benötigt, um Fehler zu korrigieren. Die Forschung auf diesem Gebiet ist im Gange, eine der vorgeschlagenen Lösungen ist ein
topologischer Quantencomputer .
Was ist die Zukunft der Blockchain in der Welt des Quantencomputers?
Auf die Frage von Mark Anderson, Mitbegründer von Andreessen Horowitz, zur Blockchain-Frage sagte er:
Wenn Sie Risikokapital mitteilen, dass es ein großes Problem gibt, kommt es nur zu Aufregung. Sie müssen also einen weisen Mann finden, der dieses Problem löst.
Dies ist jedoch trotz seines Optimismus ein komplexes Problem.
Eine mögliche Lösung ist eine Quantenblockkette, die auf Quantenkryptographie basiert. Es wurde von Del Rajan und Matt Visser von der University of Victoria in Wellington, Neuseeland, vorgeschlagen. Die Idee ist einfach: Wenn Computer zu schnell zu zählen begannen, müssen Sie die Aufgabe komplizieren. Erstellen Sie eine Blockkette aus zeitlich verstrickten Quantenteilchen. Somit ist nur ein Quantenteilchen ausreichend, um die Geschichte aller seiner Vorgänger zu kodieren, und es wird unmöglich sein, diese Kette zu entschlüsseln, ohne sie zu zerstören.
Hier müssen Sie sich jedoch neuen Problemen im Bereich der Blockchain-Skalierung stellen, die bereits begrenzt sind.
Die Zukunft der Blockchain scheint ungewiss, aber sicherlich sehr interessant.