BloQBench: A Blockchain Benchmarking Framework for Quantum Supremacy
Het artikel introduceert BloQBench, een gedecentraliseerd Ethereum-gebaseerd framework dat klassiek onoplosbare puzzels zonder vooraf berekende geheimen gebruikt om publiekelijk verifieerbare, vertrouwensloze zekerheid van kwantumsuperioriteit te bieden en automatisch overgangen naar kwantumveilige cryptografische schema's te triggeren bij een succesvolle demonstratie.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Stel je een wereld voor waarin computers zo krachtig worden dat ze puzzels kunnen oplossen die een gewone supercomputer langer dan het tijdperk van het universum zouden kosten om te kraken. Dit is de opwindende, licht angstaanjagende grens van quantum computing. Denk aan een quantumcomputer niet als een snellere versie van je laptop, maar als een magische sleutel die direct sloten kan openen die ontworig zijn om door normale middelen te breken. De grote vraag die wetenschappers zich stellen is: "Hoe weten we zeker wanneer een quantumcomputer dit daadwerkelijk heeft gedaan?"
Normaal gesproken, wanneer iemand beweert: "Ik heb het gedaan!", zeggen ze dat gewoon en moeten we hen geloven. Maar in de wetenschap is vertrouwen niet genoeg; we hebben bewijs nodig. Het probleem is dat als een puzzel te moeilijk is voor een normale computer om op te lossen, deze ook te moeilijk is voor een normale computer om het antwoord te controleren. Het is alsof je iemand vraagt een doolhof in zijn hoofd op te lossen en je vervolgens vraagt om te verifiëren of hij niet heeft gesjoemeld, terwijl je het doolhof zelf niet kunt zien. Dit artikel pakt precies dat probleem aan: Hoe creëren we een test die onmogelijk is voor een normale computer om te vervalsen, maar die gemakkelijk te bewijzen is als zij echt is, zonder dat we de persoon hoeven te vertrouwen die de test heeft opgezet?
De Digitale Honingpot: BloQBench
De auteurs van dit artikel, Nicholas J.C. Papadopoulos en Ramin Ayanzadeh, hebben een digitale val geplaatst genaamd BloQBench. Stel je een enorme, publieke schatkist voor die op een globaal netwerk staat genaamd blockchain (denk aan een enorme, onveranderlijke publieke grootboekadministratie waar iedereen alles kan zien wat er gebeurt). Deze kist is gevuld met geld, maar is vergrendeld met 119 verschillende, ongelooflijk complexe sloten.
Hier is de goocheltruc: Niemand, zelfs niet de persoon die de kist heeft gebouwd, kent de combinatie van deze sloten. De sloten worden gegenereerd door een computerprogramma ("smart contract") dat ze ter plekke creëert met een methode die ervoor zorgt dat er geen "vooraf berekende geheimen" bestaan. Het is als een verkoopautomaat die elke keer dat je op een knop drukt een unieke, onoplosbare raadsel print, en de machine zelf vergeet het antwoord onmiddellijk nadat het is geprint.
De uitdaging? De sloten zijn gebaseerd op integer factorisatie. In gewone mensentaal betekent dit het nemen van een enorm, door elkaar gehusseld getal en te achterhalen welke twee kleinere priemgetallen met elkaar vermenigvuldigd zijn om dit te creëren. Voor een gewone computer is dit als proberen een taart "uit te bakken" om de exacte eieren en bloem te vinden die zijn gebruikt; het is praktisch onmogelijk bij grote getallen. Maar voor een quantumcomputer is het, met behulp van een speciaal algoritme, als het hebben van een tijdmachine die de ingrediënten kan zien voordat ze zijn gemengd.
Het Stappenplan: Hoe het werkt
Het proces is opgezet als een spelshow met een hoge inzet en een twist:
- De Opstelling: Het smart contract genereert 119 "sloten". Elk slot is een getal van 4.608 bits (een enorm getal). Het contract is zo ontworpen dat er slechts 1 op een miljard kans is dat alle deze sloten door een gewone computer zouden kunnen worden opgelost. Het doel is om ervoor te zorgen dat ten minste één van hen werkelijk onmogelijk is voor een normale computer om te kraken.
- De Beloning: Er is een pot geld (een "bounty") in het contract. Het artikel suggereert een minimum van 800.000.000 gas (de munteenheid die wordt gebruikt om de kosten van transacties op het Ethereum-netwerk te betalen) om de kosten van het oplossen van de puzzels te dekken. Als de huidige prijs 23,8 Gwei per eenheid gas is, is dat ongeveer 19,04 ETH.
- De Race: Iedereen kan proberen de sloten op te lossen. Als je een quantumcomputer hebt (of een zeer gelukkig genie met een supercomputer), kun je proberen de priemfactoren te vinden.
- De Anti-Cheat: Om te voorkomen dat mensen elkaars antwoorden stelen, gebruikt het systeem een "commit-reveal" schema. Je moet eerst je antwoord vergrendelen in een digitale envelop (een hash) en één dag wachten. Na die dag open je de envelop en toon je het antwoord. Dit voorkomt "front-running", waarbij een kwaadwillende jouw antwoord ziet aankomen en het steelt voordat je de prijs kunt opeisen.
- De Overwinning: Als je een slot oplost, markeert het contract dit als "opgelost". Als je het laatste, moeilijkste slot oplost, krijg je de volledige beloning, en een enorme vlag op de blockchain springt naar "TRUE". Deze vlag is het onweerlegbare bewijs dat quantum supremacy is bereikt.
Waarom dit ertoe doet: De Automatische Schakelaar
Het coolste deel van BloQBench is niet alleen het geld; het is wat er gebeurt wanneer de vlag omspringt. Momenteel gebruiken blockchains "klassieke" beveiliging (zoals RSA en ECDSA) om je geld te beschermen. Deze zijn veilig totdat een quantumcomputer langskomt en ze breekt.
Het artikel stelt voor dat BloQBench fungeert als een automatische trigger. Stel je voor dat je bankrekening een veiligheidsschakelaar heeft. Zolang de "Quantum Flag" onwaar is, gebruikt de bank de snelle, goedkope, klassieke beveiliging. Maar op het moment dat iemand de puzzel oplost en de vlag naar "TRUE" zet, schakelt het systeem automatisch over naar een nieuw, "quantum-bestendig" beveiligingssysteem (met behulp van iets dat Lamport-signatures wordt genoemd).
Dit is cruciaal omdat de nieuwe quantum-bestendige beveiliging trager en duurder is in gebruik. Als we er te vroeg naar overschakelen, verspillen we geld en vertragen we alles. Als we te laat overschakelen, wordt ons geld gestolen. BloQBench lost dit op door te wachten op het exacte moment dat de dreiging bewezen echt is, en dan de schakelaar direct om te zetten.
Wat het artikel uitsluit
De auteurs waren zeer zorgvuldig over wat ze niet deden. Ze sloten expliciet verschillende andere ideeën uit:
- Geen Vertrouwde Generatoren: Ze verwierpen het idee om een mens of een bedrijf de puzzels te laten genereren. Als een mens de puzzel maakt, kan die persoon een geheim "achterdeurtje" bewaren om zichzelf te laten winnen, wat het bewijs zou ruïneren.
- Geen "Order-Finding": Ze overwogen een ander type wiskundige puzzel genaamd "order-finding", maar ze vonden dat dit te duur was om op de blockchain te implementeren (het kostte meer dan 6 miljard gas) vergeleken met hun factorisatiemethode (die ongeveer 237 miljoen gas kostte).
- Geen Onverifieerbare Puzzels: Ze verwierpen "sampling problems" (waarbij een computer willekeurige patronen genereert) omdat deze, hoewel moeilijk uit te voeren, ook moeilijk te bewijzen zijn als zij correct zijn. Je kunt niet gemakkelijk controleren of het patroon juist is, dus het werkt niet als een publiek bewijs.
De Kern
Het artikel beweert niet dat quantumcomputers de wereld al hebben verslagen. In plaats daarvan biedt het een raamwerk en een instrument (BloQBench) om het te bewijzen wanneer ze dat doen. Ze hebben het contract gebouwd, getest en aangetoond dat het werkt. Ze hebben berekend dat het oplossen van één van hun sloten ongeveer 6.110.290 gas zou kosten voor verificatie, en het oplossen van alle 119 ongeveer 741.048.802 gas zou kosten.
De auteurs suggereren dat dit systeem een "instelbare gradiënt" creëert. Je kunt de sloten makkelijker maken om vroege tekenen van quantumkracht te detecteren, of ze superzwaar houden (zoals de 4.608-bits sloten die ze kozen) om te wachten op het moment dat quantumcomputers de beroemdste encryptiestandaarden ter wereld, zoals RSA, kunnen breken.
Kortom, BloQBench is een vertrouwensloze, publieke en geautomatiseerde scheidsrechter. Het wacht tot de quantumcomputer het veld betreedt, lost de puzzel op, en zet dan direct de schakelaar om om onze digitale wereld te beschermen, zonder dat iemand een enkele persoon hoeft te vertrouwen. Het verandert de race naar quantum supremacy in een spel met een duidelijke winnaar en een gegarandeerd vangnet.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.