Quantum Multi-Solution Bernoulli Search con applicazioni alla sicurezza post-quantistica di Bitcoin

Quantum Multi-Solution Bernoulli Search con applicazioni alla sicurezza post-quantistica di Bitcoin

Timestamp: 9 marzo 2023 10:06

Alexandru Cojocaru1, Juan Gary2, Aggelos Kiayias3, Canzone delle zanne4e Petros Wallden5

1Università del Maryland
2Texas A & M University
3Università di Edimburgo e IOHK
4Portland State University
5Università di Edimburgo

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Astratto

Una prova di lavoro (PoW) è un importante costrutto crittografico che consente a una parte di convincere gli altri di aver investito alcuni sforzi nella risoluzione di un compito computazionale. Probabilmente, il suo impatto principale è stato nel contesto delle criptovalute come Bitcoin e il suo protocollo blockchain sottostante, che ha ricevuto un’attenzione significativa negli ultimi anni a causa del suo potenziale per varie applicazioni e per la risoluzione di questioni fondamentali sull’informatica distribuita in nuovi modelli di minaccia. I PoW consentono il collegamento di blocchi nella struttura dati della blockchain e quindi il problema di interesse è la fattibilità di ottenere una sequenza (catena) di tali prove. In questo lavoro, esaminiamo la difficoltà di trovare tale catena di PoW rispetto alle strategie quantistiche. Dimostriamo che il problema della catena di PoW si riduce a un problema che chiamiamo ricerca Bernoulli multi-soluzione, per il quale stabiliamo la sua complessità di query quantistica. In effetti, questa è un'estensione del teorema del prodotto diretto con soglia a un problema di ricerca non strutturata di caso medio. La nostra prova, aggiungendosi ai recenti sforzi attivi, semplifica e generalizza la tecnica di registrazione di Zhandry (Crypto'19). Come applicazione, rivisitiamo il trattamento formale della sicurezza del nucleo del protocollo di consenso Bitcoin, la dorsale Bitcoin (Eurocrypt'15), contro gli avversari quantistici, mentre le parti oneste sono classiche e mostrano che la sicurezza del protocollo vale sotto un analogo quantistico del presupposto classico della “maggioranza onesta”. La nostra analisi indica che la sicurezza del backbone Bitcoin è garantita a condizione che il numero di query quantistiche avversarie sia limitato in modo che ciascuna query quantistica valga $O(p^{-1/2})$ quelle classiche, dove $p$ è il successo probabilità di una singola query classica alla funzione hash sottostante del protocollo. In modo piuttosto sorprendente, il tempo di attesa per una risoluzione sicura nel caso degli avversari quantistici corrisponde al tempo di risoluzione sicura nel caso classico.

Ricerca Bernoulli multi-soluzione quantistica con applicazioni per la sicurezza post-quantistica PlatoBlockchain Data Intelligence di Bitcoin. Ricerca verticale. Ai.

Riepilogo popolare

I computer quantistici offrono accelerazioni computazionali, la cui velocità esatta dipende dall’attività esaminata. La classificazione dei problemi in difficili/facili, così come il costo esatto necessario per risolvere un compito computazionale, cambierà quando i dispositivi di calcolo quantistico aumenteranno in dimensioni e qualità. È noto che ciò influisce sulla crittografia rendendo insicuri gli schemi di crittografia e firma più utilizzati. Ciò che è meno esplorato è l’effetto che gli algoritmi quantistici hanno in altri compiti crittografici. Molte delle principali blockchain e criptovalute, come bitcoin, si basano sul concetto di “Proof of Work” (PoW), in cui i partecipanti/miner dimostrano di dedicare del tempo computazionale cercando di risolvere un problema e ottenere una ricompensa per questo. Il problema matematico fondamentale su cui si basa la sicurezza e la persistenza della blockchain è la capacità di produrre catene di tali PoW.
Nel nostro articolo esaminiamo come questo problema matematico, la catena di PoW, può essere risolto da un avversario quantistico e fornire limiti alle sue capacità. Sulla base di questo risultato, rivisitiamo la sicurezza del protocollo backbone Bitcoin (un'astrazione matematica che cattura gli elementi chiave del protocollo Bitcoin), nel contesto in cui tutte le parti oneste sono classiche e c'è un unico avversario quantistico (che controlla tutte le parti quantistiche risorse computazionali dei malintenzionati). La nostra analisi mostra che la sicurezza potrebbe essere mantenuta se la potenza computazionale classica totale delle parti oneste in termini di query/operazioni fosse un numero molto grande (ma costante) maggiore della potenza computazionale quantistica dell’avversario. Questo è un primo passo verso l’analisi completa del bitcoin nell’era quantistica, quando tutte le parti avrebbero capacità di calcolo quantistico.

► dati BibTeX

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[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 e Salvador E. Venegas-Andraca, “ Resistenza quantistica nelle reti blockchain”, arXiv: 2106.06640, (2021).

[2] Robert R. Nerem e Daya R. Gaur, "Condizioni per l'estrazione vantaggiosa di Bitcoin quantistici", arXiv: 2110.00878, (2021).

Le citazioni sopra sono di ANNUNCI SAO / NASA (ultimo aggiornamento riuscito 2023-03-09 15:10:32). L'elenco potrebbe essere incompleto poiché non tutti gli editori forniscono dati di citazione adeguati e completi.

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