:RU: QSig: изучение возможностей квантовой криптографии

Перевод статьи https://iohk.io/en/blog/posts/2024/01/19/qsig-exploring-opportunities-in-quantum-cryptography/

Новое мероприятие, объединяющее ведущих ученых и исследователей для достижения общего понимания в новой эре вычислительной техники

image

26 января 2024 года в Эдинбургском университете состоится событие QSig – новое исследовательское мероприятие, которое соберет ученых и отраслевых экспертов, с целью изучения захватывающей и развивающейся области компьютерных наук. Мероприятие, в котором примут участие главный научный сотрудник IOG профессор Аггелос Киайяс (Aggelos Kiayias) и Джастин Дрейк (Justin Drake) из Ethereum Foundation, будет посвящено применению квантовых вычислений в криптографии, науке о блокчейне и финансовых технологиях. QSig вдохновлен недавними открытиями новых криптографических примитивов, реализованных именно с помощью квантовых технологий. Среди других интересных приложений, они решают давние проблемы в области разработки блокчейна и безопасности.

Квантовые вычисления изначально были признаны наукой для изучения сложных квантовых систем с помощью моделирования. Концепция заключалась в том, что квантовые компьютеры будут поддерживать науку о квантовом моделировании, сродни невероятно успешной теории и практике классического (то есть неквантового) моделирования. Однако неожиданный прорыв Питера Шора (Peter Shor) в 1994 году показал, что квантовые вычисления – когда они будут окончательно реализованы – обеспечат исключительные возможности для решения чисто классических вычислительных задач, возникающих в теории чисел. Хорошо известным следствием этого является то, что масштабируемые квантовые компьютеры сломают многие из существующих криптографических “рабочих лошадок”, таких как шифрование RSA и подписи DSA.

Богатый опыт исследований

Исследования, проведенные за последние несколько десятилетий, выявили еще более тесную взаимосвязь между квантовыми вычислениями и криптографией, чем предполагали ранние результаты. Шквал недавних разработок в области протоколов с квантовым расширением подсказал новые и захватывающие способы, с помощью которых финансовые технологии потенциально могут извлечь выгоду из квантовой технологии.

В частности, теперь мы понимаем, что существуют естественные криптографические примитивы, которые просто невозможно сконструировать в классических условиях, но которые эффектно реализуются с помощью квантовых вычислений. Среди них совершенно безопасные схемы распределения квантовых ключей, методы шифрования, которые позволяют получателю “доказать, что он удалил зашифрованный текст”, и схемы с одноразовыми подписями с “самоуничтожающимися” секретными ключами. Существенным для этих замечательных новых механизмов является неинтуитивный, но фундаментальный аспект квантовой физики, который утверждает, что, в общем, квантовые состояния не могут быть продублированы. На более абстрактном уровне эта “теорема о неклонировании” формулирует поразительное различие между классической и квантовой информацией. Простой акт копирования информации, который является тривиальным в классической среде, запрещен основными физическими законами, управляющими квантовыми состояниями.

Чтобы подчеркнуть актуальность этих новых криптографических инструментов в контексте науки о блокчейне, мы возвращаемся к третьему примеру, перечисленному выше, – схемам “одноразовых” подписей. В принципе, эти схемы квантовой подписи всесторонне устраняют хорошо изученную угрозу атак дальнего действия в блокчейнах с протоколом PoS с помощью замечательного алгоритмического устройства. Каждое действие по подписи сообщения уничтожает (квантовый) ключ, используемый для генерации (классической) подписи, одновременно генерируя новый (квантовый) ключ для подписи следующего сообщения. Более того, хотя новый ключ может быть использован для будущей подписи, он не может быть использован для восстановления старых ключей. Читатели поймут, что это идеальная реализация классического понятия “прямой защиты”, которое требует периодической эволюции (классических) ключей с четким требованием удаления ключей с истекшим сроком действия. Это гарантирует, что старые сообщения не могут быть пересмотрены и подписаны, даже если будут раскрыты будущие ключи. В этом смысле “одноразовые” подписи используют квантовую теорию информации для получения прямых защищенных подписей, которые не требуют дополнительного предположения о стирании.

Исследование и оптимизация

Перспективы этого нового жанра криптографических инструментов осложняются непредсказуемыми сроками разработки надежных, масштабируемых квантовых вычислений и средств связи. Несмотря на впечатляющие инженерные достижения, мы можем ожидать, что квантовые устройства, доступные в ближайшем будущем, будут демонстрировать деликатные компромиссы с точки зрения объема памяти, продолжительности вычислений, времени хранения и точности. Эти соображения требуют дальнейшего изучения и оптимизации со стороны новых криптографических конструкций. В частности, проблемы эффективности, особенно те, которые связаны с вычислительными аспектами, требующими квантовых устройств, вероятно, будут играть более важную роль в определении практической осуществимости. С этой точки зрения одноразовые подписи обладают еще одной замечательной особенностью: в то время как для подписи и хранения ключей требуется квантовый компьютер, сами подписи представляют собой чисто классические сообщения, поддающиеся проверке чисто классическими средствами.

Резюмируя вышесказанное, QSig рассмотрит возможности криптографии квантовой эры, перспективы и проблемы, связанные со среднесрочными квантовыми устройствами, и их непосредственную значимость в науке о блокчейне и финансовым технологиям. Цель? Внести свой вклад в будущие исследования, которые в конечном итоге разрешат оставшиеся открытыми вопросы, прежде чем продвинутые квантовые финансовые технологии станут реальностью.

Мероприятие QSig (спонсируемое Input Output, фондом Cardano и фондом Ethereum) состоится 26 января 2024 года. Чтобы узнать больше об этом мероприятии, вы также можете посмотреть это недавнее видео от Чарльза Хоскинсона.

// От переводчика: для получения дополнительных переведенных на русский язык статей о Cardano посетите русскоязычный раздел на форуме Cardano. Видеоролики о Cardano на русском языке можно найти на YouTube канале нашего замечательного амбасадора Тимура Сахабутдинова, а также на канале Чарльз Хоскинсон на русском. Хотите поговорить или задать вопрос о Cardano? Тогда приглашаем в наше уютное русскоязычное сообщество Cardano в Telegram. Оставайтесь на связи, все только начинается!