Bonjour samedi, Habr!
La traduction d'aujourd'hui s'inscrit le plus directement dans nos recherches liées à la littérature sur
l'informatique quantique , et peut être considérée comme le matériau de base sur les dangers ou, inversement, les possibilités qu'un ordinateur quantique apporte à la technologie de la blockchain. Seront-ils soumis à l'assaut de nouvelles possibilités quantiques ou, à l'inverse, deviendront-ils encore plus invulnérables?
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est en route - et pensez à voter.
Voyons ce qu'est la blockchain.
Avertissement: j'ai essayé de rendre cet article aussi simple que possible, et pour cela j'ai dû ignorer un peu les nuances techniques. Aussi, désolé que tous les dessins soient signés à la main. J'ai décidé que les photos que j'illustrerais moi-même illustreraient mieux les concepts nécessaires que ce que je trouve sur Internet.
La blockchain extrêmement simple peut être décrite comme suit: il s'agit d'un registre dans lequel les transactions d'un certain type sont enregistrées. La blockchain utilise des fonctions mathématiques, par exemple, la factorisation d'un entier; ces fonctions peuvent être facilement résolues dans un sens, mais difficiles dans le sens opposé - c'est ainsi que la sécurité est assurée.
Les transactions de la blockchain sont ajoutées à une base de données appelée bloc, et le bloc est crypté avec un outil mathématique appelé «fonction de hachage». Ensuite, le hachage est inclus dans le bloc suivant avec le prochain ensemble de transactions, qui à l'étape suivante est à nouveau chiffré par la fonction de hachage et donne le hachage suivant. Un nouveau hachage est ajouté au bloc suivant. De cette façon, une chaîne de blocs est formée, et ils semblent tous être imbriqués séquentiellement les uns dans les autres - d'où le nom de «blockchain».
Voici un exemple de hachage généré par l'algorithme MD5 en Python. MD5 est une fonction de hachage largement utilisée donnant un hachage de 128 bits.
>>> import hashlib >>> def hash(mystring): ... hash_object=hashlib.md5(mystring.encode()) ... print(hash_object.hexdigest()) ... >>> >>> hash("Kellogg first block") 10a4826ea290595ef96e945b31054254
La restauration de la valeur d'origine («le premier bloc Kellogg» dans ce cas) pour un ordinateur classique est extrêmement difficile. Cela ne peut se faire qu'avec la force brute - rechercher systématiquement une solution en triant toutes les options possibles et en vérifiant si chaque prochain candidat satisfait l'énoncé du problème. De même, une solution de hachage pour un bloc bitcoin - en commençant par de nombreux zéros - nécessite une quantité de calcul extrêmement importante. C'est pourquoi, même lors de l'utilisation de la puissance de calcul globale de tous les ordinateurs du réseau bitcoin, il faut environ 7 minutes pour résoudre le blocage.
Cependant, tout peut changer avec l'avènement d'un ordinateur quantique, ce qui représente potentiellement une menace pour la blockchain et les crypto-monnaies. Comment? Je vais te le dire maintenant.
Qu'est-ce qu'un ordinateur quantique?
L'un des fondements de la plupart des percées en matière de puissance de calcul est le processus de réduction continue de la taille des transistors. L'essence de tout facteur de forme des calculs se trouve dans un transistor, car les transistors forment des portes logiques qui traitent les informations dans un ordinateur.
Au cours des dernières décennies, les fabricants de puces, en particulier Intel, ont constamment augmenté le nombre de transistors dans le processeur, réduisant leur taille. Dans un processeur moderne, chaque transistor est encore plus petit que le virus VIH. En fait, nous sommes proches de la limite où les transistors sont comparés en taille aux atomes. C’est pourquoi il est largement admis qu’à l’avenir, la loi de Moore cessera d’exister et la puissance de calcul cessera de croître au rythme auquel nous sommes habitués.
Une solution à ce problème est l'informatique quantique.
Dans un ordinateur classique, où les informations sont traitées sur la base de transistors, un bit ne peut être que 0 et 1. Cependant, les calculs quantiques sont basés sur une séquence de qubits, chacun pouvant représenter un, zéro ou toute superposition quantique d'états de deux qubits. En général, un ordinateur quantique avec n qubits peut être dans n'importe quelle superposition avec jusqu'à 2 ^ n états simultanément.
Un ordinateur classique à tout moment ne peut être que dans l'un des 2 ^ n états. Ainsi, un ordinateur quantique est exponentiellement plus rapide qu'un ordinateur classique.
Comment une telle superposition est-elle possible? Le fait est que le monde quantique est, par définition, parallèle. Dans la célèbre expérience avec deux fentes, réalisée par Thomas Young, une particule pouvait simultanément pénétrer à travers deux fentes. Le meilleur ordinateur quantique pourrait effectuer une énorme quantité de calculs, et beaucoup plus rapidement qu'un ordinateur classique.
Principes de l'informatique quantique
La plupart d'entre nous se sont familiarisés avec la mécanique classique à l'école et le phénomène de l'informatique quantique, au contraire, ne peut pas être qualifié d'intuitif. Je vais essayer de démontrer l'un des exemples les plus simples que je connaisse d'un cours universitaire.
Devinez laquelle des faces du cube est le devant? Vous n'êtes peut-être pas sûr. Cependant, dès que vous décidez par vous-même, la confusion prendra fin. L'incertitude des états possibles décrit l'un des principes les plus profonds de la mécanique quantique - le principe de superposition.
Grâce à ce principe, n qubits peuvent représenter n'importe quelle superposition, qui comprend jusqu'à 2 ^ n états différents en même temps.
Considérez maintenant cette image. Quel visage est le front?
C'est intéressant. Ici encore, vous n'êtes peut-être pas sûr de la réponse, mais lorsque vous décidez du premier cube, vous déterminez immédiatement le second. D'une certaine manière, ces deux cubes séparés dans l'espace sont connectés.
L'intrication quantique est un phénomène dans lequel les états quantiques de deux ou plusieurs objets doivent être décrits l'un par rapport à l'autre, même si des objets individuels sont éloignés l'un de l'autre dans l'espace.
L'intrication quantique est le détail supercritique du travail avec un ordinateur quantique. Un ordinateur quantique définit l'intrication, puis mesure la sortie, réduisant la superposition à 0 ou 1 (état classique). De nombreux algorithmes dans le monde quantique donnent la bonne réponse avec une certaine probabilité. Cependant, en initiant, exécutant et mesurant à plusieurs reprises les résultats d'un ordinateur quantique, on peut augmenter la probabilité d'obtenir la bonne réponse.
Menace blockchain
Comme mentionné ci-dessus, la technologie blockchain est basée sur l'utilisation de techniques cryptographiques, qui sont considérées comme presque invulnérables au piratage, sauf avec une force brute utilisant une énorme puissance de calcul. Conceptuellement, cette cryptographie est similaire à la technologie par laquelle la communication sur Internet est assurée.
Cependant, un ordinateur quantique, en raison de son énorme puissance de calcul, devrait théoriquement casser la cryptographie à clé publique - et, par conséquent, constituer une menace pour la blockchain.
Certes, il y a des problèmes associés à la mise à l'échelle de l'informatique quantique.
Les qubits sont extrêmement fragiles. Même le bruit de fond peut entraîner une décohérence et perturber la nature quantique de la particule.
Pour chaque qubit utile, 10 à 100 autres qubits sont nécessaires pour corriger les erreurs. Les recherches dans ce domaine sont en cours, l'une des solutions proposées est un
ordinateur quantique topologique .
Quel est l'avenir de la blockchain dans le monde de l'informatique quantique?
Interrogé par Mark Anderson, co-fondateur Andreessen Horowitz sur le problème de la blockchain, il a déclaré:
Lorsque vous dites au capital-risque qu'il y a un énorme problème - il ne fait qu'agiter. Donc, vous devez trouver un gars sage qui résoudrait ce problème.
Cependant, malgré son optimisme, c'est un problème complexe.
Une solution potentielle est une blockchain quantique basée sur la cryptographie quantique. Il a été proposé par Del Rajan et Matt Visser de l'Université de Victoria à Wellington, Nouvelle-Zélande. L'idée est simple: si les ordinateurs commencent à compter trop rapidement, vous devez compliquer la tâche. Créez une blockchain basée sur des particules quantiques enchevêtrées dans le temps. Ainsi, une seule particule quantique suffit pour coder l'histoire de tous ses prédécesseurs, et il sera impossible de décrypter cette chaîne sans la détruire.
Cependant, ici, vous devrez faire face à de nouveaux problèmes dans le domaine de la mise à l'échelle de la blockchain, qui est déjà limitée.
L'avenir de la blockchain semble incertain, mais certainement très intéressant.