使用时间纠缠的量子区块链(五)

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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(五)

接上文:使用时间纠缠的量子区块链(四)

我们假设新生成的区块是空间GHZ状态(将其转换为相关的时间态在这个阶段的设计过程中是不必要的,可以留给以后的工作)。与经典案例一样,目标是以去中心的方式添加有效区块。而挑战在于,网络可能由不诚实的节点组成,而生成的区块可能来自不诚实的源。为了解决这个问题,可以使用θ协议量子网络,这是一个共识算法,量子网络中的随机节点可以验证不受信任的源创建的一个区块有效 (空间GHZ状态)。更重要的是,这是通过使用其他网络节点以一种去中心化的方式完成的,而这些节点也可能是不诚实的(拜占庭节点)。

为了开始这个验证协议,我们需要随机选择一个验证者节点(类似于权益证明或工作证明);这可以通过一个涉及量子随机数生成器的低阶子算法来实现。不可信的源共享一个可能有效的区块,一个n量子比特状态。因为它知道状态,所以它可以根据需要共享尽可能多的区块副本,而不会违反无克隆定理。出于验证需要,每个节点分配每个量子比特,j。验证节点生成随机角度θj∈[0,π),∑jθj是π的倍数。(经典)角度分布到包括验证者的每个节点。它们测量量子比特如下:

使用时间纠缠的量子区块链(五), (10)

使用时间纠缠的量子区块链(五)。 (11)

结果Yj={0,1}被发送给验证者。如果n量子比特态是一个有效区块,即,空间GHZ状态,则必要条件:

使用时间纠缠的量子区块链(五), (12)

满足概率1。

该协议将验证测试链接到所使用的状态;参考文献明确提到了这一点,我们引用如下:“我们的验证协议不仅仅是检测纠缠;它们还将验证测试的结果与网络中诚实的一方实际使用的相对于其理想目标状态的状态联系起来。这是不凡的的,且在现实的环境中是非常重要的,这些资源随后被各方用于在网络上执行的分布式计算和通信应用程序”。因此,区块可以复制并分发到网络上的每个节点,以添加到它们的区块链中。这个θ协议实验也已经在简单的情况下实现,并在有不诚实节点参与下进行了定量分析。

使用时间纠缠的量子区块链(五)

5.讨论

为分析量子区块链的优点,我们主要关注区块链的防篡改能力。经典的区块链数据结构通过带时间戳的区块操作,并使用密码哈希函数按时间顺序将它们链接起来。如果攻击者篡改了某个特定区块,则篡改后的所有后续块都将无效。这种对这种干扰的敏感性是一种机制,它使我们很难在不使区块链失效的情况下篡改它。

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。

(待续)

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使用时间纠缠的量子区块链(五)

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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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