211service.com
Eerste Quantum-beveiligde Blockchain-technologie getest in Moskou
De belangstelling voor cryptocurrencies is momenteel koortsachtig en banken, bedrijven en overheden racen om de technologie te begrijpen en hoe ze deze kunnen exploiteren. Als gevolg hiervan is de markt voor cryptocurrency exponentieel gestegen en bereikte vorige maand een verbazingwekkende marktkapitalisatie van $ 90 miljard. Wat er ook gebeurt, cryptocurrencies lijken zeker een steeds invloedrijkere rol te spelen in het wereldwijde financiële systeem.
Maar er is een probleem aan de horizon. De grote uitdaging bij digitaal geld is ervoor te zorgen dat iedereen het eerlijk gebruikt. En er lijkt een redelijk goede oplossing te zijn in de vorm van blockchain-technologie. Dit garandeert eerlijkheid met behulp van cryptografische technieken waarvan algemeen wordt aangenomen dat ze onbreekbaar zijn, behalve door brute force-aanvallen.
En daar zit het probleem. Brute force-aanvallen zijn moeilijk voor klassieke computers, maar zullen gemakkelijk zijn voor de volgende generatie kwantumcomputers. De enorme rekenkracht van deze apparaten betekent dat cryptocurrencies, zodra ze beschikbaar zijn, plotseling kwetsbaarder zijn voor aanvallen.
Dus een manier om blockchain-technologie te beveiligen tegen kwantumaanvallen zou enorm nuttig zijn.
Betreed Evgeny Kiktenko in het Russische Quantum Center in Moskou en een paar vrienden die een kwantumblockchainsysteem hebben ontworpen, gebouwd en getest waarin de veiligheid wordt gegarandeerd door kwantummechanica. Ze hebben het gebouwd met behulp van een standaard kwantumcryptografiesysteem van het soort dat al in de handel verkrijgbaar is.
Eerst wat achtergrond. Blockchains leggen een lijst met transacties vast op een manier die oneerlijk gebruik, zoals knoeien of dubbele uitgaven, voorkomt. Ze stellen elke computer in staat om deze lijst bij te houden door ze in een blok te compileren, dat vervolgens wordt versleuteld om een nummer te vormen dat een hash wordt genoemd.
Het encryptieproces is belangrijk. Het is een algoritme dat gemakkelijk te berekenen is, maar moeilijk omgekeerd (zoals factorisatie). De hash-waarde die het produceert, is een unieke eigenschap van het blok, en elke manipulatie met de records zou onmiddellijk duidelijk zijn, omdat dit de hash zou veranderen.
Nieuwe transacties worden vervolgens verzameld in een nieuw blok en toegevoegd aan de bestaande hash-waarde. Dit wordt vervolgens versleuteld om een nieuwe hash voor het nieuwe blok te maken. Dit wordt toegevoegd aan de volgende lijst met transacties wanneer ze zijn versleuteld, enzovoort. Het resultaat is een keten van blokken die elk de hash-waarden van alle voorgaande blokken bevatten, vandaar de term blockchain.
Alle computers die deze blokken opslaan, vergelijken regelmatig hun hash-waarden om er zeker van te zijn dat ze het allemaal met elkaar eens zijn. Elke computer die het er niet mee eens is, verwijdert de records die het probleem veroorzaken.
Deze aanpak is goed, maar niet perfect. Een manier om met dit systeem te spelen is dat een oneerlijke gebruiker de lijst met transacties in zijn voordeel verandert, maar op een manier die de hash ongewijzigd laat. Dit kan met brute kracht, dat wil zeggen door een record te wijzigen, het resultaat te versleutelen en te kijken of de hash-waarde hetzelfde is. En zo niet, probeer het dan opnieuw en opnieuw en opnieuw totdat het een hash vindt die overeenkomt.
De beveiliging van blockchains is gebaseerd op de overtuiging dat gewone computers dit soort brute force-aanvallen alleen kunnen uitvoeren op tijdschalen die totaal onpraktisch zijn, zoals de leeftijd van het universum. Daarentegen zijn kwantumcomputers veel sneller en vormen daardoor een veel grotere bedreiging.
Kiktenko en co hebben een oplossing die dit soort kwantumaanvallen voorkomt. Hun blockchain-technologie is subtiel anders. Een transactie tussen twee personen bevat de informatie over de afzender, de ontvanger, het tijdstip van aanmaak, het over te dragen bedrag en een lijst met referentietransacties die rechtvaardigen dat de afzender voldoende geld heeft voor de operatie.
Deze transactie wordt vervolgens verzonden naar alle computers in het valutanetwerk die deze opslaan tot een vooraf afgesproken tijd, bijvoorbeeld 10 minuten, wanneer de transacties worden verzameld in een blok.
De volgende fase maakt gebruik van een algoritme waarmee alle partijen het erover eens zijn dat de lijst met transacties eerlijk is. Dit is gebaseerd op bewijzen uit de jaren 80 waarin iedereen eerst zijn informatie deelt met alle andere computers. Vervolgens communiceren ze de informatie die ze van de andere partijen in het netwerk hebben gekregen, zodat iedereen kan zien wie wat heeft gezegd. De partijen delen deze informatie vervolgens in nog een ronde enzovoort totdat ze het erover eens zijn dat alle computers dezelfde informatie hebben.
Het bewijs is dat het altijd mogelijk is om in minder rondes tot overeenstemming te komen dan er partijen zijn, mits tenminste tweederde van de partijen eerlijk is.
Maar hoe kan Alice er in zo'n systeem zeker van zijn dat ze informatie van Bob ontvangt en vice versa? Zonder deze zekerheid is het gemakkelijk voor een kwaadwillende gebruiker om het systeem te bespelen door zich voor te doen als veel verschillende gebruikers.
Dit is waar de kwantummechanica om de hoek komt kijken. Alice en Bob kunnen elkaars identiteit verifiëren met behulp van een techniek die kwantumsleuteldistributie wordt genoemd. Deze verzendt informatie met behulp van kwantumdeeltjes zoals fotonen, die niet door een afluisteraar kunnen worden gekopieerd zonder ze te vernietigen. Zo kunnen Alice en Bob zeker zijn van elkaars identiteit.
De basis van het systeem van Kiktenko en co is dus een kwantumidentificatiesysteem waarin elke partij de identiteit van een ander kan verifiëren op een manier die wordt gegarandeerd door de wetten van de fysica. Deze kwantumhandtekening is aan elke transactie gekoppeld, waardoor het onmogelijk is om ermee te knoeien.
Kiktenko en co zeggen dat ze precies zo'n systeem hebben gebouwd met behulp van het commercieel beschikbare kwantumcryptografiesysteem van het Zwitserse bedrijf ID Quantique. We hebben een blockchain-protocol ontwikkeld met informatietheoretisch veilige authenticatie op basis van een netwerk waarin elk paar knooppunten is verbonden door een kwantumsleuteldistributielink, zeggen ze.
En ze hebben het getest in een netwerk van vier gebruikers, waarvan er één probeert het systeem te spelen door dubbele uitgaven te doen. Dit protocol elimineert [de] dubbele uitgaventransactie na de tweede communicatieronde en staat de vorming van een blok toe dat alleen legitieme transacties bevat, zeggen Kiktenko en co.
Dat is een interessant proof-of-principle-experiment dat laat zien hoe kwantumtechnieken kunnen worden gebruikt om blockchain-technologieën te beveiligen.
Maar het is niet perfect. In het bijzonder gaat zij ervan uit dat minder dan een derde van de partijen oneerlijk is. Als meer dan een derde van de gebruikers ermee instemt om het systeem te spelen, wordt het triviaal om dat te doen.
Er zijn ook aanzienlijke technologische hindernissen om dit systeem op grotere schaal te laten werken. Niet in de laatste plaats is het creëren van een kwantuminternet om dit soort transacties over lange afstanden te laten plaatsvinden. Dat is een uitdaging die moet worden overwonnen, aangezien het momenteel wordt aangepakt door onderzoekers over de hele wereld.
De dreiging van kwantumcomputers is zeker reëel - en niet alleen voor blockchain-technologie. Alle informatie die momenteel wordt opgeslagen met conventionele cryptografie, wordt onveilig zodra de eerste krachtig genoeg kwantumcomputer wordt ingeschakeld.
Met de plotselinge haast om cryptocurrencies te gebruiken, zou het duidelijk nuttig zijn om de technologie toekomstbestendig te maken tegen deze kwantumdreiging.
Referentie: arxiv.org/abs/1705.09258 : Quantum-beveiligde Blockchain