Ufaulo wa Quantum kwenye Uthibitisho wa Kazi katika Mifumo ya Blockchain

1. Utangulizi

Uthibitisho wa Kazi (PoW) ni utaratibu wa msingi wa makubaliano unaounda msingi wa fedha za kidijitali za blockchain kama vile Bitcoin na Ethereum, zinazowakilisha zaidi ya 90% ya soko la sasa na jumla ya thamani ya soko inayozidi trilioni $430 hadi Desemba 2020. Makala hii yanaonyesha kuwa kompyuta za quantum hutoa ufaulo wa quadratic katika ufanisi wa PoW, jambo linaloathiri sio tu itifaki zilizopo bali pia utaratibu wowote unaowezekana wa PoW unaotegemea kazi ya kompyuta.

2. Msingi wa Kiufundi

3. Uchambuzi wa Ufaulo wa Quantum

4. Uchambuzi wa Kiuchumi

5. Matokeo ya Majaribio

Matokeo ya uigizaji yanaonyesha ufaulo wa quantum katika fedha mbalimbali za kidijitali. Uboreshaji wa utendaji unaongezeka kwa ugumu wa tatizo, ukionyesha ufaulo mkubwa zaidi kwa algorithm za PoW zenye ugumu mkubwa.

6. Utekelezaji wa Kiufundi

Utekelezaji wa algorithm ya uchimbaji wa quantum kwa kutumia utafutaji wa Grover:

def quantum_pow(target_hash, max_nonce):
    """Utekelezaji wa Uthibitisho wa Kazi wa Quantum"""
    
    # Anzisha mzunguko wa quantum
    qc = QuantumCircuit(n_qubits)
    
    # Tumia Hadamard kuunda superposition
    for i in range(n_qubits):
        qc.h(i)
    
    # Kurudia kwa Grover
    for _ in range(int(np.sqrt(max_nonce))):
        # Oracle kwa hali ya nonce halali
        qc.append(pow_oracle(target_hash), range(n_qubits))
        
        # Kiyeyushaji cha diffusion
        qc.h(range(n_qubits))
        qc.x(range(n_qubits))
        qc.h(n_qubits-1)
        qc.mct(list(range(n_qubits-1)), n_qubits-1)
        qc.h(n_qubits-1)
        qc.x(range(n_qubits))
        qc.h(range(n_qubits))
    
    # Pima matokeo
    qc.measure_all()
    return qc

7. Matumizi ya Baadaye

Ufaulo wa quantum katika PoW una athari kadhaa:

• Ubunifu wa Blockchain ya Baada ya Quantum: Uundaji wa utaratibu wa makubaliano yasiyoathiriwa na quantum
• Mifumo ya Uchimbaji Mseto: Uunganishaji wa kompyuta za kawaida na quantum kwa uchimbaji bora
• Daftari Salama ya Quantum: Utekelezaji wa usambazaji wa ufunguo wa quantum kwa usalama ulioimarishwa
• Uchimbaji Wenye Ufanisi wa Nishati: Kupunguzwa kwa kiwango kikubwa cha matumizi ya nishati ya blockchain

Maelekezo ya utafiti ni pamoja na kuunda mbadala za PoW zisizoathiriwa na quantum na kuchunguza usanifu wa blockchain ulioimarishwa na quantum.

8. Uchambuzi wa Asili

Ufaulo wa quantum katika Uthibitisho wa Kazi unawakilisha mabadiliko ya msingi katika mifumo ya usalama ya blockchain. Uthibitisho wa makala hii wa uboreshaji wa quadratic wa ulimwengu wote hautumiki tu kwa fedha za kidijitali za sasa bali pia kwa mfumo wowote wa baadaye unaotegemea PoW, na kujenga hitaji la dharuba ya mbadala zisizoathiriwa na quantum. Kazi hii inajengwa juu ya algorithm za msingi za quantum kama vile utafutaji wa Grover, sawa na jinsi algorithm ya Shor inavyotishia usimbaji fiche wa umma wa sasa.

Ikilinganishwa na shambulio za kawaida kwenye mifumo ya blockchain zilizorekodiwa na Taasisi ya Kitaifa ya Viwango na Teknolojia (NIST) katika mchakato wao wa kawaida wa usimbaji fiche baada ya quantum, shambulio za PoW za quantum zinaonyesha changamoto tofauti. Wakati udhaifu wa kawaida wa usimbaji fiche unaweza kurekebishwa kwa kubadilisha algorithm, ufaulo wa PoW ni asilia kwa utaratibu wa makubaliano yenyewe. Hii inafanana na wasiwasi ulioibuliwa na Taasisi ya Viwango ya Mawasiliano ya Ulaya (ETSI) kuhusu vitisho vya quantum kwa mifumo iliyogawanyika.

Uchambuzi wa kiuchumi uliowasilishwa unaonyesha viwango muhimu vya faida ya uchimbaji wa quantum. Kadri vifaa vya quantum vinavyoboreshwa, kufuatia trajectories zinazofanana na zile zilizorekodiwa na ramani ya quantum ya IBM, motisha za kiuchumi zitasababisha mabadiliko. Hii inafanana na mabadiliko ya kihistoria katika mifumo ya kihesabu, kama vile harakati kutoka kwa uchimbaji wa CPU hadi GPU katika siku za mwanzo za fedha za kidijitali, lakini kwa matokeo yanayoweza kuwa ya kushangaza zaidi.

Asili ya ulimwengu wote ya ufaulo wa quadratic inamaanisha kuwa kubadilisha tu algorithm za PoW haitatosha. Ubunifu wa blockchain wa baadaye lazima ama ukubali uchimbaji wa quantum kama jambo lisilokabilika au uunde utaratibu tofauti wa msingi wa makubaliano. Njia kama vile uthibitisho wa hisa (proof-of-stake) au grafu zisizo na mzunguko zilizoongozwa (DAGs) zinaweza kutoa kinga dhidi ya quantum, lakini kila moja ina ushindani katika utawala wa kijamii na dhamana za usalama.

Utafiti huu unaonyesha umuhimu wa uandali wa quantum wenye nia ya kukabiliana na maendeleo katika ukuzaji wa blockchain. Kadri kompyuta za quantum zinavyoendelea kuelekea utekelezaji wa vitendo, kufuatia ratiba za ukuzaji kutoka kwa mashirika kama vile Google Quantum AI na Rigetti Computing, jamii ya blockchain lazima iharakishe mipango ya mpito kwa usanifu usioathiriwa na quantum ili kudumisha uadilifu wa mfumo katika enzi ya baada ya quantum.

9. Marejeo

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
2. Grover, L. K. (1996). A fast quantum mechanical algorithm for database search
3. National Institute of Standards and Technology. (2020). Post-Quantum Cryptography Standardization
4. European Telecommunications Standards Institute. (2019). Quantum Key Distribution Security Requirements
5. IBM Quantum Roadmap. (2021). Quantum Computing Development Timeline
6. Google Quantum AI. (2019). Quantum Supremacy Using a Programmable Superconducting Processor
7. Rigetti Computing. (2020). Quantum Cloud Services Architecture
8. Chen, L., et al. (2016). Report on Post-Quantum Cryptography