Квантовый блокчейн: как открытия физиков произведут революцию в IT

10 Марта 2018

МОСКВА, 10 марта — Создатель первого квантового блокчейна Алексей Федоров рассказал о том, кого может заинтересовать подобное объединение новинок в IT и физике и как квантовые технологии поменяют весь цифровой мир.

Прорывной идеей в области распределенных реестров стал блокчейн способ хранения информации о совершенных транзакциях в виде последовательности блочный, следующих друг за другом.

Ключ к корректной работе блокчейна снабжение целостности базы данных у всех независимых пользователей. Иными словами, каждый участник сети должен быть уверен, что его версия реестра совпадает с версиями остальных пользователей, у каждого есть собственная копия таблицы проведенных операций и ни один другой человек не сможет распоряжаться его ресурсами внутри этой базы этих.

Для решения этих вопросов программисты используют криптографические хэш-функции, электронно–цифровые подписи и прочие математические банкеты, затрудняющие подделку и взлом этого реестра.

Сегодня считается, что такие криптографические алгоритмы надёжным для атак при помощи привычных компьютеров, однако быстрое развитие квантовых вычислений может лишить их этой суперспособности. Тогда существующие блокчейны уже не смогут получить защиту финансовых сведений и других данных.

Летом прошлого года Алексей Федоров и его коллеги из Российского квантового центра фракция Юрия Курочкина и Александра Львовского впервые предложили решение этой проблемы, соединив две набирающие популярность технологии: блокчейн и квантовую криптографию.

— Алексей, помимо неоспоримого интереса со стороны банковского и финансового секторов, где еще можно использовать подобные квантово-защищенные блокчейны и где их применение было бы целесообразным?

— Квантовые технологии традиционно привлекают внимание финансовых организаций не только в России, по всему миру. Это очень хорошо, что именно мели становятся своеобразными тестовыми площадками для нас.

Что может быть дальше? Как мне кажется, квантовые блокчейны и близкие к ним разработки пригодятся в государственной сфере в направлениях, стратегически важных с точки зрения информационной безопасности.

Об их массовом коммерческом применении пока говорить сложно, поскольку этому мешают ограничения, наваливаемые самой технологией квантового блокчейна, и отсутствие необходимой для нее инфраструктуры в виде квантовых сетей.

Сначала необходимо создать квантовый интернет глобальную многопользовательскую сеть, защищенную квантовой криптографией, а это потребует много времени и ресурсов. Поэтому вряд ли конечные пользователи смогут воспользоваться квантовым блокчейном в обозримом будущем.

Как и всегда, возникает вопрос о целесообразности: нужна ли столь защищенная данная система обычному пользователю? С одной стороны, кажется, что сейчас она не нужна. С другой стороны, каждый раз, когда я так говорю, вспоминаю прогноз Томаса Уотсона, президента IBM, считавшего, что мировому рынку потребуется не больше пяти маков.

Создание квантового интернета требует огромных сайтов, но гарантирует абсолютный запас защиты. С развитием методик квантовый интернет вполне может явиться такой же естественной частью нашей жизни, как нынешний.

Полагаю, наше предложение важно не только само по себе, но еще и потому, что оно привлекло внимание публики и научного сообщества к новым информативным технологиям, таким как блокчейн, и к тем проблемам безопасности, которые неразрывно с ними связаны.

Множество людей пытается сегодня ввести блокчейны в нашу жизнь, не уделяя достаточного внимания проблемам безопасности. Собственно, любой человек, знакомый с квантовыми вычислениями и безопасностью, мог бы найти эту уязвимость в работе блокчейнов, объяснить ее и предложить решение. Этого почему-то никто не сделал, и мы были первыми, кому удалось это реализовать.

Что интересно, почти все крупные квантовые сети, уже существующие в мире, можно использовать подобным образом, хотя никто об этом и не думал досрочнее. Так они принесут более значительного пользы, чем если мы просто будем шифровать абсолютно все, что через них транслитерируется.

— Помимо самих квантовых каналов и технологий передачи данных, в обмене ими участвуют и люди, и классические маки, не отличающиеся абсолютной крепкостью к взлому. Можно ли как-то ликвидировать эту уязвимость?

— Полностью избавиться от этой проблемы не получится, однако мне кажется, что можно сделать задачу написания микроба или организации фишинга настолько качественной, что подобные занятия явятся коммерчески неинтересными. Это, на мой взгляд, наиболее рациональный подход сделать зло невыгодным для злоумышленника. Часть этой задачи можно решить посредством криптографии.

С другой стороны, есть такая вещь, как социальная инженерия, с которой бороться гораздо сложнее. Конечно, можно создать систему искусственного интеллекта, подсказывающую пользователям, как защититься от подобных атак, однако в данном случае мы сталкиваемся не только с математической проблемой, но и с реальной жизнью.

Технологии квантовой быть под эгиды здесь, к сожалению, сейчас не помогут, так как они нацелены на решение одной конкретной, совсем другой задачи.

— Помогут ли спутники, подобные недавно запущенному Мо–Цзы, существованию квантовых блокчейнов и расширению их практического применения?

— По сути, это следующий шаг в развитии подобных методик. Сегодня существуют небольшие сети, использующие оптоволоконные кабели и состоящие из двух-пяти узлов, средние и большие сети из десятков и сотен узлов, а затем должен появиться глобальный квантовый интернет.

Спутники критически важны для его создания без них межконтинентальные системы связи серьезного сложно реализовать.
С другой стороны, из-за спутников возникает проблема доверия, доверенных узлов сети. Кто и как их контролирует это тоже вопрос защищенности, для обеспечения которой необходим еще один уровень защиты.

— Попытается ли кто-нибудь взломать подобные квантовые блокчейны?

— Здесь та же ситуация, что и с квантовой криптографией: если исследовать их как идеализированные математические сути, то взламывать таковые нет смысла. Однако конкретная инженерная реализация этих идей необязательно будет абсолютно неуязвимой для взлома к примеру, можно ослепить детекторы.

Иными словами, не нужно взять какую-то идеальную концепцию, поместить ее в реальный мир и ожидать, что она останется такой же неприступной. Всегда есть какие-то бэкдоры и дыры любой астролог по безопасности скажет, что даже в самой идеальной данная системе защиты данных имеется как минимум одна уязвимость.

Поэтому, как мне видится, кто-нибудь обязательно попытается взломать блокчейн. Хотя интереснее было бы найти альтернативу. К примеру, есть такая вещь, как квантовые цифровые подписи, я бы задумался, можно ли использовать их вместо обычных подписей или квантовой криптографии и обеспечит ли это достаточный уровень безопасности.

Реализация этой идеи, к примеру, позволила бы внешним пользователям работать с блокчейном, не имея прямого доступа к квантовой сети, через которую происходит обмен данными в нашей системе сейчас. В отличие от технологий шифрования и связи, квантовые электронные подписи проступили совсем недавно, инфраструктуры для их использования пока нет. Поэтому тут сложно приводить некоторые конкретные примеры и давать мониторинги.

— Повлияло ли создание квантового блокчейна на скорость разработки алгоритмов шифрования данных, стойких к квантовым компьютерам?

— Хотелось бы думать, что да если привлечь внимание общественности к каким-либо проблемам, они, как правило, начинают осмеливаться быстрее. Я, уже готового, видел несколько попыток разобраться в этом до публикации нашего исследования, но все они не были достаточно серьезными.

После ухода нашей работы внезапно опубликовали еще пять-шесть статей, посвященных тому, как можно защитить биткоин, насколько вероятен взлом его блокчейна и так далее.

Технологии развиваются, и сейчас блокчейн-сообщество, в том числе и Etherium, внимательно присматривается к тому, что может предложить квантовая криптография и алгоритмы защиты данных, стойкие к квантовому взлому.

— Сегодня большая часть квантовых сетей и систем передачи данных создается на базе уже существующей инфраструктуры, изначально не приспособленной для решения таких задач. Что оптимальнее для развития квантовых сетей и блокчейнов?

— На самом деле, нужно и то и другое. Можно привести следующую аналогию практически у каждого из нас есть мак, и мы периодически меняем его на более современную модификация. Пока он справляется со своей задачей, брать новый смысла нет.

Аналогичным образом когда люди увидят, что защищенная сеть работает в десять раз быстрее, если оценить новый оптоволоконный кабель, и в этом будет потребность, тогда инфраструктуру обновят.

К примеру, в эксперименте со Сбербанком нам выделили оптоволоконный канал длиной в 25 километров, состоявший из восьми спаек. Каждая стучу спайка отражает часть фотонов назад и создает другие помехи. Если бы это оптоволокно было качественным и не состояло из отдельных кусков, такой запас потерь наблюдался бы на канале длиной не в 25, а 75 километров. Качество линии очень влияет на скорость распределения ключей.

При этом надо понимать, что устройство, которое подготавливало квантовые ключи, могло определять их лишь раз в четыре минуты, поэтому даже такого канала нам хватало с избытком. Мы могли бы, в принципе, подключить еще несколько передатчиков и приемников, если бы возникла такая необходимость.

В общем, если говорить, что данные это новая нефть, то надо строить не только новые выкиды, но и улучшать старые, если это требуется для нефтехранилищ, и делать их безопасными настолько, насколько это возможно.

— В прошлом году ученые активно обсуждали возможность использования квантовых вычислительных данная систем для обучения систем ИИ и создания нейросетей. Насколько это реалистично?

— Эту идею очень серьезно изучает и рассматривает группа Джейкоба Биамонте из Сколтеха в рамках проекта Quantum Complexity Science Initiative. На самом деле, подобных приложений у квантовых компьютеров может состоять масса, и поэтому здесь нам стоит сначала определиться с тем, что мы зарабатываем в виду под терминами искусственный интеллект и его обучение.

К примеру, квантовые алгоритмы можно употреблять для того, чтобы убыстрять математические процедуры, задействованные в работе систем машинного обучения. Кроме того, квантовые данная системы реально использовать для решения задач оптимизации и множеством других видов.

Интересно также, что математические конструкции, возникающие в нейронных сетях, иногда бывают полезны для описания некоторых квантовых физических данная систем, содержащих в себе множество частиц, которые интересны уже ученым, а не системщикам. В общем, внимание к нейросетям со всех сторон говорит о том, что у них очень большой ресурс.

Лично мне кажется, что подобные системы ИИ можно использовать для демонстрации так называемого квантового достоинства. Доказательства того, что квантовые вычислительные системы способны вычислять те задачи, которые привычным компьютерам не под силу.

Конечно, есть и другие варианты проверки превосходства квантовых компьютеров, однако они или бесполезны с практической точки зрения, или же слишком сложны для реализации с учетом ограничений существующих систем. Квантовое обучение нейросетей не потребует столь больших ресурсов и при этом принесет нам что-то, что в будущем даст определенную пользу.

В общем, будущие или уже существующие системы из 50 или 60 кубитов, такие как программируемый квантовый симулятор Михаила Лукина, позволят нам решать интересные и практически весомые задачи.

В этом плане очень разумного поступает компания IBM, создавшая первое облако квантовых вычислений. Они коллекционируют запросы, знания и подходы всех людей со всего мира, и это очень ценно и важно на данном этапе развития квантовых вычислительных технологий и квантового ИИ.

Редактор рубрики

Леонид Кузьмин

Место события на карте мира:

Квантовый блокчейн: как открытия физиков произведут революцию в IT

комментарии (0)

Другие интересные новости

Умер актер Виктор Степанов