Quantum Multi-Solution Bernoulli Search mit Anwendungen für die Post-Quantum-Sicherheit von Bitcoin

Neuauflage von Plato

Verfolger: 0

Alexandru Cojocaru¹, Juan Garay², Aggelos Kiayias³, Fang-Lied⁴ und Petros Wallden⁵

¹University of Maryland
²Texas A & M Universität
³Universität Edinburgh und IOHK
⁴Portland State University
⁵University of Edinburgh

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Abstrakt

Ein Proof of Work (PoW) ist ein wichtiges kryptografisches Konstrukt, das es einer Partei ermöglicht, andere davon zu überzeugen, dass sie sich Mühe gegeben haben, eine Rechenaufgabe zu lösen. Seine Hauptwirkung lag wohl in der Entwicklung von Kryptowährungen wie Bitcoin und dem zugrunde liegenden Blockchain-Protokoll, das in den letzten Jahren aufgrund seines Potenzials für verschiedene Anwendungen sowie zur Lösung grundlegender Fragen des verteilten Rechnens in neuartigen Bedrohungsmodellen große Aufmerksamkeit erhalten hat. PoWs ermöglichen die Verknüpfung von Blöcken in der Blockchain-Datenstruktur, und daher ist das interessierende Problem die Machbarkeit, eine Sequenz (Kette) solcher Beweise zu erhalten. In dieser Arbeit untersuchen wir die Schwierigkeit, eine solche Kette von PoWs im Vergleich zu Quantenstrategien zu finden. Wir beweisen, dass sich das Chain of PoWs-Problem auf ein Problem reduziert, das wir Bernoulli-Suche mit mehreren Lösungen nennen, für das wir seine Quantenabfragekomplexität ermitteln. Tatsächlich ist dies eine Erweiterung eines Schwellwert-Direktprodukt-Theorems auf ein unstrukturiertes Suchproblem für den durchschnittlichen Fall. Unser Beweis, der zu aktiven jüngsten Bemühungen beiträgt, vereinfacht und verallgemeinert die Aufzeichnungstechnik von Zhandry (Crypto'19). Als Anwendung betrachten wir die formale Behandlung der Sicherheit des Kerns des Bitcoin-Konsensprotokolls, des Bitcoin-Backbones (Eurocrypt'15), gegen Quantengegner, während ehrliche Parteien klassisch sind und zeigen, dass die Sicherheit des Protokolls unter einem Quantenanalog des gilt klassische Annahme der „ehrlichen Mehrheit“. Unsere Analyse zeigt, dass die Sicherheit des Bitcoin-Backbones garantiert ist, vorausgesetzt, die Anzahl der kontradiktorischen Quantenabfragen ist begrenzt, sodass jede Quantenabfrage $O(p^{-1/2})$ im Vergleich zu klassischen Abfragen wert ist, wobei $p$ der Erfolg ist Wahrscheinlichkeit einer einzelnen klassischen Abfrage an die zugrunde liegende Hash-Funktion des Protokolls. Etwas überraschend stimmt die Wartezeit für eine sichere Abwicklung bei Quantengegnern mit der sicheren Abwicklungszeit im klassischen Fall überein.

Quantum Multi-Solution Bernoulli Search mit Anwendungen für Bitcoins Post-Quantum Security PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikale Suche. Ai.

Populäre Zusammenfassung

Quantencomputer bieten Rechenbeschleunigungen, wobei die genaue Beschleunigung von der untersuchten Aufgabe abhängt. Die Einstufung von Problemen in schwer/einfach sowie die genauen Kosten zur Lösung einer Rechenaufgabe werden sich ändern, wenn Quantencomputergeräte in Größe und Qualität skaliert werden. Es ist allgemein bekannt, dass dies die Kryptografie beeinflusst, indem es die am weitesten verbreiteten Verschlüsselungs- und Signaturschemata unsicher macht. Weniger erforscht ist der Effekt, den Quantenalgorithmen bei anderen kryptografischen Aufgaben haben. Viele große Blockchains und Kryptowährungen wie Bitcoin stützen sich auf das Konzept des „Proof of Work“ (PoW), bei dem Teilnehmer/Miner nachweisen, dass sie einige Rechenzeit aufwenden, um ein Problem zu lösen, und dafür eine Belohnung erhalten. Das mathematische Kernproblem, auf dem die Sicherheit und Beständigkeit der Blockchain beruht, ist die Fähigkeit, Ketten solcher PoWs zu produzieren.
In unserem Artikel untersuchen wir, wie dieses mathematische Problem, die Kette von PoWs, von einem Quantengegner gelöst werden kann, und geben Grenzen für ihre Fähigkeiten an. Basierend auf diesem Ergebnis betrachten wir die Sicherheit des Bitcoin-Backbone-Protokolls (eine mathematische Abstraktion, die die Schlüsselelemente des Bitcoin-Protokolls erfasst) in einer Umgebung, in der alle ehrlichen Parteien klassisch sind und es einen einzigen Quantengegner gibt (der alle Quanten kontrolliert). Rechenressourcen der böswilligen Parteien). Unsere Analyse zeigt, dass die Sicherheit aufrechterhalten werden könnte, wenn die gesamte klassische Rechenleistung der ehrlichen Parteien in Bezug auf Abfragen/Operationen eine sehr große (aber konstante) Zahl größer ist als die gegnerische Quantenrechenleistung. Dies ist ein erster Schritt zur vollständigen Analyse von Bitcoin im Quantenzeitalter, wenn alle Parteien über Quantencomputerfähigkeiten verfügen würden.

► BibTeX-Daten

@article{Cojocaru2023quantummulti, doi = {10.22331/q-2023-03-09-944}, URL = {https://doi.org/10.22331/q-2023-03-09-944}, Titel = {Quantum { M}ulti-{S}olution {B}ernoulli {Suche mit {A}Anwendungen zu {B}itcoins {P}ost-{Q}uantum {S}ecurity}, Autor = {Cojocaru, Alexandru und Garay, Juan und Kiayias, Aggelos und Song, Fang und Wallden, Petros}, Zeitschrift = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, Herausgeber = {{Verein zur Förderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, Band = {7}, Seiten = {944}, Monat = März, Jahr = {2023} }

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Zitiert von

[1] Marcos Allende, Diego López León, Sergio Cerón, Antonio Leal, Adrián Pareja, Marcelo Da Silva, Alejandro Pardo, Duncan Jones, David Worrall, Ben Merriman, Jonathan Gilmore, Nick Kitchener und Salvador E. Venegas-Andraca, „ Quantenresistenz in Blockchain-Netzwerken“, arXiv: 2106.06640, (2021).

[2] Robert R. Nerem und Daya R. Gaur, „Bedingungen für vorteilhaftes Quanten-Bitcoin-Mining“, arXiv: 2110.00878, (2021).

Die obigen Zitate stammen von SAO / NASA ADS (Zuletzt erfolgreich aktualisiert am 2023, 03:09:15 Uhr). Die Liste ist möglicherweise unvollständig, da nicht alle Verlage geeignete und vollständige Zitationsdaten bereitstellen.

Konnte nicht abrufen Crossref zitiert von Daten während des letzten Versuchs 2023-03-09 15:10:29: Von Crossref konnten keine zitierten Daten für 10.22331 / q-2023-03-09-944 abgerufen werden. Dies ist normal, wenn der DOI kürzlich registriert wurde.

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Quelle: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-03-09-944/

Zeitstempel: 9. März 2023

Zeitstempel: 22. September 2022

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