使用时间纠缠的量子区块链(六)

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摘要

摘要:在本文中,我们提出了一个量子区块链的概念设计。我们的方法涉及到将区块链编码成暂时的GHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)状态的光子,这种状态并不同时存在。结果表明,相对于空间

摘要:在本文中,我们提出了一个量子区块链的概念设计。我们的方法涉及到将区块链编码成暂时的GHZ (Greenberger-Horne-Zeilinger)状态的光子,这种状态并不同时存在。结果表明,相对于空间纠缠,时间纠缠提供了关键的量子优势。该系统的所有子组件都已被实验实现,此外,我们的编码过程可以被阐释为对过去的非经典影响。

使用时间纠缠的量子区块链(六)

接上文:使用时间纠缠的量子区块链(五)

对于量子区块链,我们替换了时间戳块的重要功能,并使用时间纠缠将它们链接到暂时的GHZ状态。量子优势是,对篡改的敏感性大大增强,这意味着,如果篡改一个区块(由于纠缠),区块链的整个本地副本将被销毁;在一个经典的区块链上,只有被篡改的区块之后的区块才会被破坏(由于密码哈希函数),这使得它容易受到攻击。对于经典的情况,通常认为某区块的时间戳位置越深,它就越“安全”;这正是因为上述失效原理。

更具体地说,在只有空间GHZ状态的情况下,这些状态的测量相关性比经典系统所能产生的结果更强。在这种空间纠缠的情况下,如果攻击者试图篡改任何光子,则区块链的整个本地副本将立即失效;这已经提供了一个优点,在经典的情况下,只有篡改块的未来区块无效。

暂态GHZ区块链(公式(9))增加了一个更大的好处,由于已经不存在,攻击者甚至不能尝试访问以前的光子。他们最多只能试图篡改最后一个剩余的光子,但这将使整个状态无效。因此,在这个量子信息的应用中,我们看到时间纠缠比空间纠缠提供了更大的安全保障。

使用时间纠缠的量子区块链(六)

研究者仍然需要对可能篡改最终经典测量结果的情况进行仔细的分析,但这将需要在未来的工作中进行完整的安全证明。区分经典状况和量子状况是很重要的,就像区分有界误差概率的量子算法和经典确定性算法一样。展示如此详细的安全证明本身就是一篇研究论文。

就其网络组件而言,经典区块链最重要的特性是带有时间戳的区块,这些区块之间用密码哈希函数进行链接。没有这一点,区块链的概念就根本不存在。但是,有了这个概念,就可以考虑各种类型的区块链的变体。有些是公开的,有些是“授权的”,而极端的版本甚至集中的。它们有不同的一致算法,比如工作证明或权益证明。有些具有拜占庭式的容错能力,有些则没有。

更具体地说,有许多著名的区块链并不提供拜占庭式的容错,比如早期版本的hyperledger fabric。这开创了一个先例,即不一定需要拜占庭式的容错来呈现一个新颖的区块链设计。此外,中本聪共识的工作证明不符合拜占庭容错。也就是说这方面没有正式的证据;只有一个概率解决方案,一些人认为它的概率保证不容易与传统分布式计算文献中给出的一致定义联系起来。考虑到这种甚至在经典区块链中都不明确的情况,要求在我们的量子设计中使用拜占庭容错的完整安全证明似乎是不合理的。最后,我们在设计中利用的θ协议定量分析在使用的情况下,涉及不诚实(拜占庭)节点。当然,我们的共识算法确实需要更多的底层细节,但这需要提供一个底层设计;在现阶段,不会为了引入一个量子区块链数据结构来增加太多的工作,未来针对量子网络一致性算法的工作将建立在这种数据结构上。

(待续)

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使用时间纠缠的量子区块链(六)

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原文名称:Quantum Blockchain Using Entanglement in Time

作者:Del Rajan,Matt Visser

原创翻译:区块链研究员(区块链Robin)

英文源自Victoria University of Wellington,译文有编辑及删减,如有侵权,请联系译者删除。

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编译者/作者:区块链研究员

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