Η Πρωτοποριακή μετά-κβαντική τεχνολογία Falcon στο Blockchain • Greepto

Τι είναι ένας Κβαντικός



Υπολογιστής

;

Η

πληροφορική

είναι διάχυτη στη σύγχρονη ζωή, αλλά ξέρατε ότι υπάρχει μια εντελώς νέα κατηγορία υπολογιστών, που ονομάζονται

κβαντικοί


υπολογιστές

, που αναπτύσσεται ενεργά από ορισμένους από τους κορυφαίους



επιστήμονες

υπολογιστών στον κόσμο σε μέρη όπως η Google και η IBM;

Οι

κβαντικοί


υπολογιστές

διαφέρουν από τους κλασσικούς

υπολογιστές

στο ότι χρησιμοποιούν την Κβαντική Μηχανική προκειμένου να επιτύχουν ένα εκθετικό άλμα στην επεξεργαστική ισχύ, αξιοποιώντας τον «κβαντικό παραλληλισμό».

Πώς η Κβαντική Υπολογιστική προκαλεί και επηρεάζει την κρυπτογραφία;

Χάρη στον κβαντικό παραλληλισμό, οι

κβαντικοί


υπολογιστές

μπορούν να λύσουν αποτελεσματικά τα μαθηματικά

προβλήματα

που χρησιμοποιούμε επί του παρόντος για να μας παρέχουν κρυπτογραφική



ασφάλεια

. Πιο συγκεκριμένα, οι σύγχρονοι κρυπτογραφικοί αλγόριθμοι βασίζονται σε υποθέσεις ότι ορισμένα μαθηματικά

προβλήματα

είναι απλά πολύ δύσκολα για να τα επιλύσει ένας κλασικός



υπολογιστής

σε εύλογο χρονικό διάστημα. Μαθηματικά

προβλήματα

όπως η παραγοντοποίηση μεγάλων αριθμών ή η επίλυση ενός διακριτού λογαρίθμου.

Η γρήγορη επίλυση αυτών των προβλημάτων είναι αυτό που κάνουν καλύτερα οι

κβαντικοί


υπολογιστές

! Έτσι, αποτελούν υπαρξιακή απειλή για πολλά από τα τρέχοντα κρυπτογραφικά πρότυπα γενικά και για το

blockchain

ειδικότερα. Αν και το πότε ακριβώς θα συμβεί η έλευση αυτής της νέας

τεχνολογίας

είναι ένα θέμα πολλής συζήτησης, πρέπει να δράσουμε τώρα για να είμαστε έτοιμοι να αντιμετωπίσουμε αυτήν την αναδυόμενη απειλή.

Το Falcon και το Algorand

Για να αντιμετωπίσει την εμφάνιση των kβαντικών υπολογιστών, το NIST (το Ινστιτούτο Προτύπων και

Τεχνολογίας

των ΗΠΑ)

διεξήγαγε έναν παγκόσμιο διαγωνισμό το 2016

για να δελεάσει τα πιο έξυπνα μυαλά στον τομέα να αναπτύξουν κρυπτογραφικούς αλγόριθμους που είναι ασφαλείς έναντι κβαντικών επιθέσεων.

Ο ανταγωνισμός ήταν σκληρός. Περισσότεροι από 50 διαφορετικοί αλγόριθμοι εισήχθησαν ως υποψήφιοι από κρυπτογράφους και



επιστήμονες

σε όλο τον κόσμο. Μετά από σχεδόν 6 χρόνια αυστηρής κρυπτανάλυσης, επιθεώρησης και δοκιμών, μερικοί αλγορίθμων επιλέχθηκαν ως νικητές αυτού του διαγωνισμού και

ανακοινώθηκαν

πρόσφατα, πράγμα που σημαίνει ότι επιτέλους έχουμε κρυπτογραφικά πρότυπα που θα είναι ασφαλή και ανθεκτικά απέναντι στην κβαντική υπολογιστική!

Πριν από την ανακοίνωση του NIST, η Algorand είχε ήδη επιλέξει το Falcon ως

επιλογή

για την παροχή κβαντικής ασφάλειας και ανθεκτικότητας στο

blockchain

του Algorand. Επίσης, η ομάδα του Algorand είχε παίξει στο παρελθόν έναν πρωτοποριακό ρόλο στην



τεχνολογία

που οδήγησε στο Falcon και ένιωθε σίγουρη για αυτό.

Τα χαρακτηρηστικά του Falcon

Όπως θα περίμενε κανείς, η διαδικασία σχεδιασμού και υλοποίησης ενός κρυπτογραφικού αλγορίθμου είναι εξαιρετικά

τεχνική

εργασία και γίνεται ακόμη πιο δύσκολη όταν χτίζετε έναν αλγόριθμο που πρέπει να είναι ανθεκτικός και ασφαλής απέναντι στην κβαντική υπολογιστική! Τα

χαρακτηριστικά

που κάποιος μπορεί να θεωρήσει

δεδομένα

με τους κλασικούς κρυπτογραφικούς αλγόριθμους είναι μερικές φορές μια τάξη μεγέθους πιο δύσκολο να επιτευχθούν σε ένα κβαντικό πλαίσιο! Αυτό αναγκάζει τα τυπικά

συστήματα

που είναι ασφαλή έναντι στην κβαντική υπολογιστκή να ανταλλάξουν την αποδοτικότητα με την



ασφάλεια

. Δεν είναι εύκολη

επιλογή

!

Στην ιδανική περίπτωση, ένας τέτοιος ασφαλής αλγόριθμος θα πρέπει να έχει

χαρακτηριστικά

όπως:

• Να διαθέτει μικρό κλειδί και μέγεθος υπογραφής, ενώ παραμένει ασφαλές
• Να είναι αρκετά γρήγορος ώστε οι κλασικοί
  
  υπολογιστές
  
  να μπορούν να τον χρησιμοποιούν και να τον επαληθεύουν, ακόμη και σε ένα τηλέφωνο!
• Να λεχει ευελιξία ώστε ένας τέτοιος αλγόριθμος να απολαμβάνει μακροζωία

Αυτά είναι τα ίδια

χαρακτηριστικά

που απολαμβάνει να έχει ο Falcon και, στην πραγματικότητα, είναι οι λόγοι για τους οποίους ο Falcon αναδείχθηκε νικητής στον διαγωνισμό NIST.

Ιστορία του Falcon

Το Falcon είναι ένα τεχνολογικό έργο τέχνης που σχεδιάστηκε από τον Fouque και άλλους. Όπως αναφέρουν οι σχεδιαστές του, η λύση τους βασίζεται στο


Trapdoors for Hard Lattices and New Cryptographic Constructions


, το πρωτοποριακό έργο των GPV, Gentry (πρώην μέλος του Algorand Foundation), Peikert (επικεφαλής κρυπτογραφίας στο Algorand Inc) και Vaikuntanathan (MIT και Επιστημονικός Σύμβουλος του Algorand Inc).

Με υπογραφές που βασίζονται σε πλέγμα (lattice), κάθε μήνυμα έχει πολλές πιθανές έγκυρες υπογραφές και ένας αλγόριθμος υπογραφής πρέπει τελικά να επιλέξει μόνο μία από αυτές. Δυστυχώς, οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν από προηγούμενες

προτάσεις

κατέστησαν δυνατή την ανάκτηση του κλειδιού υπογραφής από έναν μικρό αριθμό υπογεγραμμένων μηνυμάτων, χρησιμοποιώντας ακόμη και έναν κλασικό υπολογιστή!

Η κρίσιμη

καινοτομία

της εργασίας των GPV, την οποία χρησιμοποιεί το Falcon, είναι μια αυστηρή μέθοδος επιλογής μιας έγκυρης υπογραφής με τρόπο που δεν

αποκαλύπτει

πληροφορίες σχετικά με το μυστικό κλειδί υπογραφής. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, μπορεί κανείς να υπογράψει με



ασφάλεια

έναν τεράστιο αριθμό μηνυμάτων. Επιπλέον, η εργασία αυτή έδειξε ότι δεν είναι δυνατό να σπάσει το σχήμα υπογραφής χωρίς να λυθεί το πρόβλημα του δικτυωτού πλέγματος (lattice problem), το οποίο θα πρέπει να είναι δύσκολο να λυθεί για όλους τους

υπολογιστές

, τόσο κλασικούς όσο και κβαντικούς!‍

Η χρήση του Falcon μέσα στο Algorand

Κάθε

blockchain

θα ωφεληθεί από ένα σύστημα ψηφιακών υπογραφών που είναι ασφαλές εναντίον της κβαντικής υπολογιστικής και η ομάδα του Algorand είναι περήφανη που θα το έχουν στο

blockchain

τους. Επιπλέον, το Algorand θα χρησιμοποιεί υπογραφές Falcon σε διάφορες



εφαρμογές

. Συγκεκριμένα, αποτελούν τη βάση του State Proofs, του τελευταίου τεχνολογικού επιτεύγματος του

blockchain

του Algorand.

Τα State Proofs επιτρέπουν στο

blockchain

του Algorand να διαλειτουργεί με αποκεντρωμένο τρόπο με άλλα blockchains και να εμποδίζει τους κβαντικούς

υπολογιστές

, όποτε μπορεί να εμφανιστούν, να κάνουν

fork

αναδρομικά την αλυσίδα.

Πηγή:

Algorand