Sabtu Baik, Habr!
Terjemahan hari ini paling sesuai dengan pencarian kami yang berhubungan dengan literatur tentang
komputasi kuantum , dan dapat dianggap sebagai bahan dasar tentang bahaya atau, sebaliknya, kemungkinan yang dibawa komputer kuantum ke teknologi blockchain. Apakah mereka akan jatuh di bawah serangan kemungkinan kuantum baru atau, sebaliknya, akan menjadi lebih kebal?
Sementara itu, perhatikan iklan -
buku Vladimir Silva
sedang dalam perjalanan - dan jangan lupa untuk memilih.
Mari kita lihat apa itu blockchain.
Penafian: Saya mencoba membuat artikel ini sesederhana mungkin, dan untuk ini saya harus sedikit mengabaikan nuansa teknis. Juga, maaf bahwa semua gambar ditandatangani dengan tangan. Saya memutuskan bahwa gambar-gambar yang saya sendiri akan menggambarkan konsep yang diperlukan lebih baik daripada apa yang saya temukan di Internet.
Blockchain yang sangat sederhana dapat dideskripsikan sebagai berikut: ini adalah registri di mana transaksi dari jenis tertentu dicatat. Blockchain menggunakan fungsi matematika, misalnya, memfaktorkan bilangan bulat; fungsi seperti itu dapat dengan mudah diselesaikan dalam satu arah, tetapi sulit di sebaliknya - itulah cara memastikan keamanan.
Transaksi Blockchain ditambahkan ke database yang disebut blok, dan blok dienkripsi dengan alat matematika yang disebut "fungsi hash". Kemudian hash dimasukkan dalam blok berikutnya dengan set transaksi berikutnya, yang pada langkah berikutnya dienkripsi lagi oleh fungsi hashing dan memberikan hash berikutnya. Hash baru ditambahkan ke blok berikutnya. Dengan cara ini, rantai blok terbentuk, dan mereka semua tampaknya berurutan satu sama lain - karenanya disebut "blockchain".
Berikut adalah contoh hash yang dihasilkan oleh algoritma MD5 dalam Python. MD5 adalah fungsi hash yang banyak digunakan memberikan hash 128-bit.
>>> import hashlib >>> def hash(mystring): ... hash_object=hashlib.md5(mystring.encode()) ... print(hash_object.hexdigest()) ... >>> >>> hash("Kellogg first block") 10a4826ea290595ef96e945b31054254
Memulihkan nilai asli ("blok Kellogg pertama" dalam kasus ini) untuk komputer klasik sangat sulit. Ini hanya dapat dilakukan dengan brute force - secara sistematis mencari solusi dengan memilah semua opsi yang mungkin dan memeriksa apakah setiap kandidat berikutnya memenuhi pernyataan masalah. Demikian pula, solusi hash untuk blok bitcoin - dimulai dengan banyak nol - membutuhkan jumlah perhitungan yang sangat besar. Itulah sebabnya, bahkan ketika menggunakan kekuatan komputasi agregat dari semua komputer dalam jaringan bitcoin, dibutuhkan sekitar 7 menit untuk menyelesaikan blok tersebut.
Namun, semuanya dapat berubah dengan munculnya komputer kuantum, yang berpotensi menimbulkan ancaman terhadap blockchain dan cryptocurrency. Bagaimana? Aku akan memberitahumu sekarang.
Apa itu komputer kuantum?
Salah satu dasar dari sebagian besar terobosan dalam daya komputasi adalah proses pengurangan ukuran transistor secara terus menerus. Inti dari setiap faktor bentuk perhitungan adalah dalam sebuah transistor, karena transistor membentuk gerbang logis yang memproses informasi dalam komputer.
Selama beberapa dekade terakhir, produsen chip, khususnya Intel, terus meningkatkan jumlah transistor dalam CPU, mengurangi ukurannya. Dalam CPU modern, setiap transistor bahkan lebih kecil dari virus HIV. Faktanya, kita mendekati batas di mana ukuran transistor dibandingkan dengan atom. Itulah sebabnya secara luas diyakini bahwa di masa depan, hukum Moore akan berhenti ada, dan daya komputasi akan berhenti tumbuh pada kecepatan yang biasa kita alami.
Salah satu solusi untuk masalah ini adalah komputasi kuantum.
Dalam komputer klasik, di mana informasi diproses berdasarkan transistor, bit dapat sama dengan hanya 0 dan 1. Namun, perhitungan kuantum didasarkan pada urutan qubit, yang masing-masingnya dapat mewakili satu, nol, atau superposisi kuantum keadaan dua qubit. Secara umum, komputer kuantum dengan n qubit dapat dalam superposisi apa pun hingga 2 ^ n secara bersamaan.
Komputer klasik pada waktu tertentu hanya dapat berada di salah satu dari 2 negara. Dengan demikian, komputer kuantum secara eksponensial lebih cepat daripada yang klasik.
Bagaimana mungkin superposisi seperti itu? Faktanya adalah bahwa dunia kuantum, menurut definisi, paralel. Dalam percobaan terkenal dengan dua celah, yang diatur oleh Thomas Young, sebuah partikel dapat secara bersamaan menembus dua celah. Komputer kuantum terbaik dapat melakukan sejumlah besar perhitungan, dan jauh lebih cepat daripada komputer klasik.
Prinsip-prinsip Komputasi Quantum
Sebagian besar dari kita berkenalan dengan mekanik klasik di sekolah, dan fenomena komputasi kuantum, sebaliknya, tidak bisa disebut intuitif. Saya akan mencoba menunjukkan salah satu contoh paling sederhana yang saya tahu dari kursus universitas.
Tebak wajah kubus mana yang merupakan bagian depan? Mungkin Anda tidak yakin. Namun, begitu Anda memutuskan sendiri, kebingungan akan berakhir. Ketidakpastian keadaan yang mungkin menggambarkan salah satu prinsip mekanika kuantum yang paling mendalam - prinsip superposisi.
Berkat prinsip ini, n qubit dapat mewakili superposisi apa pun, yang mencakup hingga 2 ^ negara yang berbeda secara bersamaan.
Sekarang perhatikan gambar ini. Wajah mana yang di depan?
Ini menarik. Di sini, sekali lagi, Anda mungkin tidak yakin tentang jawabannya, tetapi ketika Anda memutuskan kubus pertama, Anda akan segera menentukan yang kedua. Entah bagaimana, kedua kubus yang terpisah di ruang ini terhubung.
Keterjeratan kuantum adalah fenomena di mana keadaan kuantum dari dua atau lebih objek harus dijelaskan relatif satu sama lain, bahkan jika objek individu dihapus dari satu sama lain dalam ruang.
Keterikatan kuantum adalah detail superkritis bekerja dengan komputer kuantum. Komputer kuantum mengatur keterjeratan, dan kemudian mengukur output, menciutkan superposisi ke 0 atau 1 (keadaan klasik). Banyak algoritma di dunia kuantum memberikan jawaban yang benar dengan probabilitas tertentu. Namun, dengan berulang kali memulai, menjalankan, dan mengukur hasil komputer kuantum, seseorang dapat meningkatkan kemungkinan mendapatkan jawaban yang benar.
Ancaman Blockchain
Seperti disebutkan di atas, teknologi blockchain didasarkan pada penggunaan teknik kriptografi, yang diyakini hampir kebal terhadap peretasan, kecuali dengan kekerasan menggunakan kekuatan komputasi yang besar. Secara konseptual, kriptografi semacam itu mirip dengan teknologi di mana komunikasi di Internet disediakan.
Namun, komputer kuantum, berdasarkan kekuatan komputasinya yang besar, secara teoritis harus memecahkan kriptografi kunci publik - dan, karenanya, menimbulkan ancaman bagi blockchain.
Benar, ada masalah yang terkait dengan penskalaan komputasi kuantum.
Qubitnya sangat rapuh. Bahkan kebisingan latar belakang dapat menyebabkan dekoherensi dan mengganggu sifat kuantum partikel.
Untuk setiap qubit yang berguna, diperlukan 10 hingga 100 qubit lain untuk memperbaiki kesalahan. Penelitian di bidang ini sedang berlangsung, salah satu solusi yang diusulkan adalah
komputer kuantum topologi .
Apa masa depan blockchain di dunia komputasi kuantum?
Ketika ditanya oleh Mark Anderson, salah satu pendiri Andreessen Horowitz tentang masalah blockchain, dia berkata:
Ketika Anda memberi tahu modal ventura bahwa ada masalah besar - itu hanya akan membuat keributan. Jadi, Anda perlu menemukan pria bijak yang akan menyelesaikan masalah ini.
Namun, terlepas dari optimismenya, ini adalah masalah yang kompleks.
Salah satu solusi potensial adalah blockchain kuantum berdasarkan kriptografi kuantum. Itu diusulkan oleh Del Rajan dan Matt Visser dari University of Victoria di Wellington, Selandia Baru. Idenya sederhana: jika komputer mulai menghitung terlalu cepat, maka Anda perlu menyulitkan tugas. Buat blockchain berdasarkan partikel kuantum terjerat dalam waktu. Jadi, hanya satu partikel kuantum yang cukup untuk menyandikan sejarah semua pendahulunya, dan mustahil untuk mendekripsi rantai ini tanpa menghancurkannya.
Namun, di sini Anda harus menghadapi masalah baru di bidang penskalaan blockchain, yang sudah terbatas.
Masa depan blockchain tampaknya tidak pasti, tetapi tentu saja sangat menarik.