Quantum Computing und Blockchain: Fakten und Mythen – Ahmed Banafa


Gutschrift Pixabay

Die größte Gefahr für Blockchain-Netzwerke durch Quantencomputer ist die Fähigkeit, die herkömmliche Verschlüsselung zu durchbrechen [3].

Google sendete Schockwellen im Internet, als behauptet wurde, es habe einen Quantencomputer gebaut, der früher unmögliche mathematische Berechnungen lösen könne – mit der Befürchtung, dass die Kryptoindustrie gefährdet sein könnte [7]. Google gibt an, dass sein Experiment die erste experimentelle Herausforderung gegen das ist erweiterte Church-Turing-These – auch als Computability Thesis bekannt – die behauptet, dass herkömmliche Computer jedes „vernünftige“ Rechenmodell effektiv ausführen können

Was ist Quantum Computing?

Quanten-Computing ist der Studienbereich, der sich auf die Entwicklung von Computertechnologien konzentriert, die auf den Prinzipien der Quantentheorie basieren. Der Quantencomputer, der den Gesetzen der Quantenphysik folgt, würde durch die Fähigkeit, sich in mehreren Zuständen zu befinden und Aufgaben unter Verwendung aller möglichen Permutationen gleichzeitig auszuführen, enorme Verarbeitungsleistung gewinnen [5].

Ein Vergleich von klassischem und Quantencomputing

Das klassische Rechnen beruht letztendlich auf Prinzipien, die durch die Boolesche Algebra ausgedrückt werden. Daten müssen zu jedem Zeitpunkt oder zu jedem Zeitpunkt in einem exklusiven Binärzustand verarbeitet werden. Während die Zeit, die jeder Transistor oder Kondensator vor dem Umschalten entweder auf 0 oder 1 stehen muss, jetzt in Milliardstel Sekunden gemessen werden kann, gibt es immer noch eine Grenze dafür, wie schnell diese Geräte in den Umschaltzustand versetzt werden können. Wenn wir zu kleineren und schnelleren Schaltkreisen vordringen, erreichen wir allmählich die physikalischen Grenzen der Werkstoffe und die Schwelle für die Anwendung der klassischen Gesetze der Physik. Darüber hinaus übernimmt die Quantenwelt. In einem Quantencomputer kann eine Anzahl von Elementarteilchen, wie Elektronen oder Photonen, entweder mit ihren verwendet werden aufladen oder Polarisation als eine Darstellung von 0 und / oder 1 fungierend. Jedes dieser Teilchen ist als ein Quantenbit bekannt, oder QubitDie Art und das Verhalten dieser Teilchen bilden die Grundlage für das Quantencomputing [5].

Quantenüberlagerung und -verschränkung

Die beiden wichtigsten Aspekte der Quantenphysik sind die Prinzipien von Überlagerung und Verstrickung.

Überlagerung: Stellen Sie sich ein Qubit als Elektron in einem Magnetfeld vor. Der Spin des Elektrons kann entweder in Ausrichtung mit dem Feld sein, das als Spin-up-Zustand bekannt ist, oder entgegengesetzt zu dem Feld, das als Spin-down-Zustand bekannt ist. Nach dem Quantengesetz tritt das Teilchen in eine Überlagerung von Zuständen ein, in denen es sich so verhält, als ob es sich in beiden Zuständen gleichzeitig befände. Jedes verwendete Qubit könnte eine Überlagerung von sowohl 0 als auch 1 annehmen.

Verstrickung: Partikel, die zu einem bestimmten Zeitpunkt miteinander in Wechselwirkung getreten sind, behalten eine Art von Verbindung bei und können nach einem als bezeichneten Verfahren paarweise miteinander verwickelt werden Korrelation. Wenn man den Spin-Zustand eines verwickelten Teilchens kennt – nach oben oder unten -, kann man erkennen, dass der Spin seines Partners in die entgegengesetzte Richtung verläuft. Durch die Quantenverschränkung können Qubits, die durch unglaubliche Entfernungen voneinander getrennt sind, augenblicklich miteinander interagieren (ohne Beschränkung auf die Lichtgeschwindigkeit). Egal wie groß der Abstand zwischen den korrelierten Partikeln ist, sie bleiben verwickelt, solange sie isoliert sind. Zusammengenommen ergeben Quantenüberlagerung und -verschränkung eine enorm verbesserte Rechenleistung. Wo ein 2-Bit-Register in einem gewöhnlichen Computer nur eine von vier binären Konfigurationen (00, 01, 10 oder 11) zu einem gegebenen Zeitpunkt speichern kann, kann ein 2-Qubit-Register in einem Quantencomputer alle vier Zahlen speichern gleichzeitig, weil jedes Qubit zwei Werte darstellt. Wenn mehr Qubits hinzugefügt werden, wird die erhöhte Kapazität exponentiell erweitert [5].

Schwierigkeiten mit Quantencomputern

  • Interferenz, Störung – Während der Berechnungsphase einer Quantenberechnung führt die geringste Störung in einem Quantensystem (z. B. ein Streuphoton oder eine Welle von EM-Strahlung) dazu, dass die Quantenberechnung zusammenbricht Dekohärenz. Ein Quantencomputer muss während der Berechnungsphase vollständig von allen externen Störungen isoliert sein.
  • Fehler Korrektur – In Anbetracht der Art des Quantenrechnens ist die Fehlerkorrektur äußerst kritisch – selbst ein einzelner Fehler in einer Berechnung kann dazu führen, dass die Gültigkeit der gesamten Berechnung zusammenbricht.
  • Output-Einhaltung – Das Abrufen von Ausgabedaten nach einer Quantenberechnung ist eng mit den beiden oben genannten verwandt und birgt die Gefahr, dass die Daten verfälscht werden.

Was ist Quantenüberlegenheit?

Laut Financial TimesLaut Google wurde der weltweit leistungsstärkste Quantencomputer erfolgreich gebaut [7]. Laut den Forschern von Google bedeutet dies, dass Berechnungen, deren Ausführung normalerweise mehr als 10.000 Jahre in Anspruch nimmt, auf dem Computer in etwa 30 Sekunden durchgeführt werden konnten 200 Sekundenund möglicherweise bedeutet Blockchain und die Verschlüsselung, die es untermauert, könnte beschädigt werden.

Die in der Kryptografie verwendete asymmetrische Kryptografie beruht auf Schlüsselpaaren, nämlich einem privaten und einem öffentlichen Schlüssel. Öffentliche Schlüssel können von ihrem privaten Gegenstück berechnet werden, aber nicht umgekehrt. Dies ist auf die Unmöglichkeit bestimmter mathematischer Probleme zurückzuführen. Quantencomputer erreichen dies um Größenordnungen effizienter, und wenn die Berechnung auf die andere Weise erfolgt, bricht das gesamte Schema ab [3].

Offenbar ist Google noch weit davon entfernt, einen Quantencomputer zu bauen, der eine Bedrohung für die Blockchain-Kryptografie oder andere Verschlüsselungsverfahren darstellen könnte.

"Googles Supercomputer hat derzeit 53 Qubits", sagte Dragos Ilie, ein Quantencomputer- und Verschlüsselungsforscher am Imperial College London.

"Um eine Auswirkung auf Bitcoin oder die meisten anderen Finanzsysteme zu haben, wären mindestens 1500 Qubits erforderlich, und das System muss die Verstrickung aller von ihnen berücksichtigen", sagte Ilie.

Die Skalierung von Quantencomputern sei "eine große Herausforderung", so Ilie [1].

Blockchain-Netzwerke, einschließlich der Bitcoin-Architektur, basieren auf zwei Algorithmen: dem Elliptic Curve Digital Signature-Algorithmus (ECDSA) für digitale Signaturen und SHA-256 als Hash-Funktion. Ein Quantencomputer könnte Shors Algorithmus verwenden, um Ihren privaten Schlüssel aus Ihrem öffentlichen Schlüssel zu entfernen. Die optimistischsten wissenschaftlichen Schätzungen gehen jedoch davon aus, dass dies in diesem Jahrzehnt nicht möglich ist.

„Ein kryptografischer 160-Bit-Ellipsenkurvenschlüssel könnte auf einem Quantencomputer mit Hilfe von around gebrochen werden 1000 Qubits unter Berücksichtigung des sicherheitstechnisch äquivalenten 1024-Bit-RSA-Moduls würde dies ungefähr erforderlich sein 1500 zu 2000 Qubits”. Zum Vergleich: Die mickrigen 53 Qubits von Google sind für diese Art der Kryptografie immer noch nicht geeignet. Nach Forschungsbericht zu diesem Thema von der Cornell University veröffentlicht.

Das heißt aber nicht, dass es keinen Grund zur Beunruhigung gibt. Obwohl die von Blockchain-Anwendungen verwendeten nativen Verschlüsselungsalgorithmen vorerst sicher sind, nimmt die Geschwindigkeit der Fortschritte in der Quantentechnologie zu und könnte mit der Zeit eine Bedrohung darstellen. "Wir gehen davon aus, dass ihre Rechenleistung weiterhin mit einer doppelten Exponentialrate wächst", so die Forscher von Google.

Quantenkryptographie?

Quantenkryptographie verwendet die Physik, um ein Kryptosystem zu entwickeln, das völlig sicher ist, ohne dass der Absender oder der Empfänger der Nachrichten davon Kenntnis hat. Das Wort Quantum selbst bezieht sich auf das grundlegendste Verhalten der kleinsten Teilchen von Materie und Energie.

Die Quantenkryptografie unterscheidet sich von herkömmlichen Kryptografiesystemen darin, dass sie sich auf mehr stützt Physikund nicht die Mathematik als Schlüsselaspekt des Sicherheitsmodells.

Die Quantenkryptographie basiert im Wesentlichen auf der Verwendung einzelner Teilchen / Lichtwellen (Photonen) und ihrer intrinsischen Quanteneigenschaften zur Entwicklung eines unzerbrechlichen Kryptosystems (weil es unmöglich ist, den Quantenzustand eines Systems zu messen, ohne dieses System zu stören.)

Die Quantenkryptographie verwendet Photonen, um einen Schlüssel zu übertragen. Sobald der Schlüssel übertragen wurde, kann das Codieren und Codieren unter Verwendung der normalen Geheimschlüsselmethode erfolgen. Aber wie wird ein Photon zum Schlüssel? Wie hängen Sie Informationen an den Spin eines Photons an?

Das ist wo Binärcode kommt ins Spiel. Jeder Spin eines Photons repräsentiert eine Information – normalerweise eine 1 oder eine 0 für Binärcode. Dieser Code verwendet Zeichenfolgen mit 1 und 0, um eine zusammenhängende Nachricht zu erstellen. Beispielsweise könnte 11100100110 h-e-l-l-o entsprechen. So kann jedem Photon ein Binärcode zugewiesen werden – zum Beispiel ein Photon mit a Vertikaldrehung (|) kann eine 1 zugewiesen werden.

„Wenn Sie es richtig erstellen, kann kein Hacker das System hacken. Die Frage ist, was es heißt, es richtig zu bauen “, sagte der Physiker Renato Renner vom Institut für Theoretische Physik in Zürich.

Regelmäßige Nicht-Quanten-Verschlüsselung kann auf verschiedene Arten funktionieren, aber im Allgemeinen wird eine Nachricht verschlüsselt und kann nur mit einem geheimen Schlüssel entschlüsselt werden. Der Trick besteht darin, sicherzustellen, dass derjenige, vor dem Sie Ihre Kommunikation verbergen möchten, Ihren geheimen Schlüssel nicht in die Hände bekommt. Das Knacken des privaten Schlüssels in einem modernen Kryptosystem würde im Allgemeinen das Herausfinden der Faktoren einer Zahl erfordern, die das Produkt von zwei wahnsinnig großen Primzahlen ist.

Die Zahlen werden so groß gewählt, dass es bei der gegebenen Rechenleistung von Computern länger als die Lebensdauer des Universums dauern würde, bis ein Algorithmus sein Produkt faktorisiert.

Verschlüsselungstechniken haben ihre Schwachstellen. Bestimmte Produkte – so genannte schwache Schlüssel – lassen sich leichter faktorisieren als andere. Das Mooresche Gesetz erhöht außerdem kontinuierlich die Rechenleistung unserer Computer. Noch wichtiger ist, dass Mathematiker ständig neue Algorithmen entwickeln, die eine einfachere Faktorisierung ermöglichen.

Die Quantenkryptographie vermeidet all diese Probleme. Hier wird der Schlüssel in eine Reihe von Photonen verschlüsselt, die zwischen zwei Parteien ausgetauscht werden, um geheime Informationen auszutauschen. Das Heisenbergsche Unsicherheitsprinzip schreibt vor, dass ein Gegner diese Photonen nicht betrachten kann, ohne sie zu verändern oder zu zerstören.

"In diesem Fall spielt es keine Rolle, über welche Technologie der Gegner verfügt, er wird niemals in der Lage sein, die Gesetze der Physik zu brechen", sagte der Physiker Richard Hughes vom Los Alamos National Laboratory in New Mexico, der an der Quantenkryptographie arbeitet [6].

Ahmed Banafa, Autor der Bücher:

Sicheres und intelligentes Internet der Dinge (IoT) mit Blockchain und AI

Blockchain-Technologie und -Anwendungen

Verweise:

[1] https://www.forbes.com/sites/billybambrough/2019/10/02/could-google-be-about-to-break-bitcoin/#1d78c5373329

[2] https://decrypt.co/9642/what-google-quantum-computer-meanss-for-bitcoin/

[3] https://www.coindesk.com/how-should-crypto-prepare-for-googles-quantum-supremacy?

[4] https://www.ccn.com/google-quantum-bitcoin/

[5] https://www.linkedin.com/pulse/20140503185010-246665791-quantum-computing/

[6] https://www.linkedin.com/pulse/20140608053056-246665791-understanding-quantum-cryptography/

[7] https://ai.googleblog.com/2019/10/quantum-supremacy-using-programmable.html

Bild: Pixabay

Coins Kaufen: Bitcoin.deAnycoinDirektCoinbaseCoinMama (mit Kreditkarte)Paxfull

Handelsplätze / Börsen: Bitcoin.de | KuCoinBinanceBitMexBitpandaeToro

Lending / Zinsen erhalten: Celsius NetworkCoinlend (Bot)

Cloud Mining: HashflareGenesis MiningIQ Mining

Werbung: Immobilienmakler HeidelbergMakler Heidelberg

By continuing to use the site, you agree to the use of cookies. more information

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close