Hoewel blockchain traditioneel als veilig wordt beschouwd, het is kwetsbaar voor aanvallen van kwantumcomputers.

Nutsvoorzieningen, een team van Russische onderzoekers heeft een oplossing ontwikkeld voor de blockchain-uitdaging uit het kwantumtijdperk, met behulp van kwantumsleuteldistributie (QKD).

Schrijven in het tijdschrift Quantum Science and Technology, de onderzoekers hebben een kwantumveilig blockchain-platform opgesteld dat QKD gebruikt om veilige authenticatie te bereiken.

De blockchain is een gedistribueerd grootboekplatform dat consensus mogelijk maakt in een groot decentraal netwerk van partijen die elkaar niet vertrouwen. Transacties zijn verantwoord en transparant, waardoor het nuttig is voor een verscheidenheid aan toepassingen, van slimme contracten en financiën, tot productie en gezondheidszorg. Een van de meest prominente toepassingen van blockchains zijn cryptocurrencies, zoals Bitcoin.

Hoofdauteur Dr. Evgeniy Kiktenko, van het Russische kwantumcentrum, Moskou, zei:"Blockchain is veelbelovend voor een breed scala aan toepassingen. Maar de huidige platforms vertrouwen op digitale handtekeningen, die kwetsbaar zijn voor aanvallen door kwantumcomputers. Dit geldt ook voor de cryptografische hashfuncties die worden gebruikt bij het voorbereiden van nieuwe blokken, wat betekent dat degenen met toegang tot kwantumberekening een oneerlijk voordeel zouden hebben bij het verkrijgen van mijnbeloningen, zoals Bitcoins. Deze risico's zijn aanzienlijk - er wordt voorspeld dat tegen 2025 10 procent van het wereldwijde BBP zal worden opgeslagen op blockchains of blockchain-gerelateerde technologie.

Om deze risico's te overwinnen, de onderzoekers ontwikkelden een blockchain-platform dat originele replicatie van de staat en machine combineert - een algemene methode voor het implementeren van een fouttolerante service door servers te repliceren en clientinteracties met serverreplica's te coördineren - zonder gebruik van digitale handtekeningen, en QKD voor het verstrekken van authenticatie

Vervolgens voerden ze een experiment uit om de mogelijkheden ervan te testen in een stedelijk QKD-netwerk.

Co-hoofdauteur Dr. Aleksey Fedorov, van het Russische kwantumcentrum, zei:"Het gebruik van QKD voor blockchains kan contra-intuïtief lijken, omdat QKD-netwerken afhankelijk zijn van vertrouwen tussen knooppunten, terwijl veel blockchains dat vertrouwen missen. Specifieker, men zou kunnen stellen dat QKD niet kan worden gebruikt voor authenticatie omdat het een geverifieerd klassiek kanaal vereist voor de werking zelf.

"Echter, elke QKD-communicatiesessie genereert een grote hoeveelheid gedeelde geheime gegevens, waarvan een deel kan worden gebruikt voor authenticatie in volgende sessies. Daarom, een kleine hoeveelheid 'seed' geheime sleutel die de partijen delen voor hun eerste QKD-sessie zorgt voor hun veilige authenticatie voor alle toekomstige communicatie. Dit betekent dat QKD kan worden gebruikt in plaats van klassieke digitale handtekeningen."

Naast het gebruik van QKD voor authenticatie, de onderzoekers herdefinieerden het protocol voor het toevoegen van nieuwe blokken op een andere manier dan moderne cryptocurrencies. In plaats van de ontwikkeling van nieuwe blokken te concentreren in de handen van individuele mijnwerkers, ze gebruikten het informatietheoretisch veilige uitzendprotocol, waar alle knooppunten op gelijke voorwaarden overeenstemming bereiken over een nieuw blok.

Mede-hoofdauteur prof. Alexander Lvovsky zei:"Een cruciaal voordeel van ons blockchain-protocol is het vermogen om transparantie en integriteit van transacties te handhaven tegen aanvallen met kwantumalgoritmen. Onze resultaten bieden daarom mogelijkheden voor het realiseren van schaalbare kwantumveilige blockchain-platforms. Als realiseerde, zo'n blockchainplatform kan de economische en sociale risico's van op handen zijnde doorbraken in kwantumberekeningstechnologie beperken."