Российский Квантовый Центр Russian Quantum Center

News / Новости

Российский квантовый центр запустил первый в мире квантовый блокчейн Russian Quantum Center developed the first quantum blockchain


2017-05-25

Ученые Российского квантового центра впервые в мире разработали и проверили на практике технологию «квантового блокчейна» – защищенного методами квантовой криптографии способа распределенного хранения и верификации финансовых, коммерческих и любых других данных. Статья с результатами эксперимента выложена на сервере препринтов ArXiv.org.

О технологии блокчейна, которую 10 лет назад считали не более чем малопонятной забавой компьютерных гиков, сегодня говорят практически все в мире. Блокчейн появился как «побочный продукт» появления криптовалют – создателям цифровых денег необходимо было исключить возможность мошенничества, например, сделать так, чтобы одной и той же виртуальной монетой нельзя было расплатиться дважды.

В случае с обычными деньгами таким гарантом служит государство в лице центробанка и вся банковская система в целом.

Создать банковскую структуру для криптовалют практически невозможно, поэтому ее роль играет блокчейн – децентрализованная распределенная база данных, которую невозможно «хакнуть», поскольку ее копии хранятся на миллионах компьютерах по всему миру. Каждая сделка с криптовалютой записывается в файл – «блок», который удостоверяется с помощью цифровых подписей сторон. На основе данных о сделке с помощью сложных (несимметричных) математических операций вычисляется идентификатор операции, и блок дописывается в конец цепочки из предыдущих блоков. Копия этой цепочки хранится на компьютерах всех участников системы, и поменять их везде невозможно. При попытке провести операцию с той виртуальной монетой значения идентификаторов в блоках не сойдутся, и он не будет принят.

Технология блокчейна позволяет обойтись без громоздкой централизованной структуры верификации и управления данными, обойтись без посредников и третейских судей, которые контролируют честность сделки и наказывают за мошенничество. Футурологи полагают, что на базе блокчейна будет создана экономика будущего – без арбитражных судов, банков и налоговой полиции, поскольку честность каждого контрагента будет удостоверяться такой распределенной системой. О перспективах использования блокчейна говорят представители Центробанка РФ, глава Сбербанка Герман Греф и многие другие.

Но нельзя сказать, что будущее блокчейна безоблачно. Существует серьезная опасность, что появление квантового компьютера легко взломает те математические задачи, на которых сегодня базируется защита блокчейна. Поэтому необходимо заранее предусмотреть средства защиты – одним из них может стать квантовая криптография, которая позволяет защитить целостность данных в блокчейнах.

Группа исследователей в РКЦ разработала платформу блокчейна, в рамках которой можно использовать квантовое распределение ключей – то есть квантовую криптографию. При определенных конфигурациях сети это позволяет отказаться от элементов блокчейна, которые уязвимы к атакам с помощью квантового компьютера. Наличие у участников сети квантовых коммуникаций предъявляет дополнительные требования при добавлении нового блока в цепочку. Таким образом, квантовый блокчейн обеспечивает защиту от атак с помощью квантового компьютера.

Это делает российский блокчейн невзламываемым даже для российских хакеров. Разработка была протестирована на гетерогенной сети квантовых коммуникаций, созданный РКЦ с использованием линий «Газпромбанка». В сети с тремя узлами был продемонстрирован метод формирования блоков.

На базе сочетания сетей квантовых коммуникаций и блокчейн-технологий предполагается разрабатывать целый класс различных продуктов для распределенного хранения данных и ведения распределенных баз данных. Они могут быть внедрены в уже существующих сетях квантовых коммуникаций. По прогнозам экспертов на основе блокчейнов к середине 2020-х годов будет создаваться порядка $62 трлн услуг. При этом эффект от нашей разработки может многократно увеличить объем рынка. Важно также, что эта технология создана и впервые опробована в России в реальных жизненных условиях.

For the first time ever, the researchers of the Russian Quantum Center developed and tested the quantum blockchain technology – a method of distributed storage and verification of financial, commercial, and other data protected by quantum cryptography.

Everyone is talking about blockchain today, while 10 years ago it was thought of as some fun for computer geeks. It first appeared as a by-product of crypto-currencies; the creators of digital money needed to exclude the possibility of fraud, for example, to make it impossible to pay with the same virtual coin twice. With hard currency, the guarantor is the State represented by the Central Bank and the entire banking system as a whole.

It is almost impossible to create a banking structure for crypto-currency, so its role is played by a blockchain, a decentralized distributed database that can’t be hacked because its copies are stored on millions of computers around the world. Each transaction with a cryptocurrency is recorded in a “block” file which is verified with digital signatures of the involved parties. Based on the transaction data, complex nonsymmetrical mathematical operations are used to calculate the operation identifier, and the block is appended to the end of the chain from the previous blocks. A copy of this chain is stored on the computers of all participants in the system, and it is impossible to change them everywhere at once. If someone tries to perform an operation with that virtual coin, the values of the identifiers in the blocks will not match and the coin will not be accepted.

The technology of blockchain allows to do without a heavy centralized verification and data management structure and cuts out intermediaries and arbitrators who control the integrity of the transaction and administer punishment for fraud. Futurologists believe that the economy of the future will be based on blockchains without arbitration courts, banks, and tax police because each counterparty's honesty will be certified by the distributed system.

The prospects of using blockchain are discussed by Mark Zuckerberg, Ilon Mask, heads of the largest banks, IT companies and others.

It’s uncertain, however, that the future of blockchain is bright and clear. There is a serious concern that the quantum computer can easily break the very mathematical algorithms on which data protection is based. Therefore, it is necessary to provide security in advance, and one of the measures can be quantum cryptography that protects the integrity of the blockchain data.

A group of researchers at the RQC developed a blockchain platform with the use of quantum key distribution. Within certain network configurations, this allows abandoning the use of those elements of blockchain that are vulnerable to attacks via a quantum computer. Quantum communications in the network put additional demands on the system when a new block is added to the chain. Thus, a quantum lock provides protection against attacks with the help of a quantum computer. This makes the Russian blockchain unbreakable even for Russian hackers. This development was tested on a heterogeneous network of quantum communications created by the RQC on the Gazprombank platform, where the method of forming blocks was demonstrated on a three-node network.

An entirely new class of various products for distributed data storage and management is being planned based on a combination of networks of quantum communications and blockchain technologies. They can be implemented in the existing networks of quantum communications. Experts predict that blockchain-based tech will create around $62 trillion in services by the mid-2020’s. At the same time, the effect of our development can further increase the market volume. The important thing is that this technology was first created and tested in Russia in real-life conditions.



Lecture Courses | Курсы лекций