Si les ordinateurs quantiques menacent les blockchains, les blockchains quantiques pourraient être la défense

Une blockchain est une structure mathématique qui stocke les données de manière sécurisée dans le temps. L'idée est devenue célèbre grâce au boom du Bitcoin. Bitcoin s'appuie sur les blockchains pour stocker en toute sécurité ses transactions en devises associées.

Mais la même technologie peut stocker n'importe quel type de données : données d'expédition, progression de programmes informatiques, contrats intelligents, etc. En effet, les blockchains semblent en passe de devenir l'une des technologies habilitantes du 21e siècle.

Et pourtant, ils ont un talon d'Achille. La sécurité d'une blockchain est garantie par des fonctions cryptographiques standards. Celles-ci sont relativement sécurisées car les casser nécessite d'énormes ressources informatiques, qui ne sont généralement pas disponibles.

Cela devrait changer avec l'émergence de puissants ordinateurs quantiques. Ce sera un jeu d'enfant pour de tels appareils de casser cette sorte de protection cryptographique. Mais les ordinateurs quantiques ne peuvent pas casser les codes cryptographiques quantiques, c'est pourquoi divers groupes ont suggéré d'ajouter la cryptographie quantique aux chaînes de blocs pour garantir leur sécurité.

Il existe une meilleure solution, plus fondamentale, disent Del Rajan et Matt Visser de l'Université Victoria de Wellington en Nouvelle-Zélande. La cryptographie quantique ajoute simplement une couche quantique au protocole standard de la blockchain. Au lieu de cela, ils suggèrent de faire de toute la blockchain un phénomène quantique.

Leur idée est de créer une blockchain en utilisant des particules quantiques intriquées dans le temps. Cela permettrait à une seule particule quantique d'encoder l'histoire de tous ses prédécesseurs d'une manière qui ne peut pas être piratée sans la détruire. Un tel protocole s'appuie sur les lois de la physique pour garantir la sécurité. Cependant, cela entraîne également des effets secondaires inhabituels pour quelqu'un. Cette blockchain quantique décentralisée peut être considérée comme une machine à voyager dans le temps en réseau quantique, disent Rajan et Visser.

Tout d'abord un peu de contexte. Une blockchain est simplement un registre qui enregistre des informations d'un certain type, par exemple les transactions en devises. Les transactions sont continuellement ajoutées à une base de données appelée bloc, mais à la fin d'une période de temps donnée, le bloc est chiffré à l'aide d'un dispositif mathématique appelé fonction de hachage. Cela produit un numéro unique qui peut être utilisé pour représenter exactement les données.

Ce numéro unique est ensuite inclus dans le bloc suivant avec le prochain ensemble de transactions. Après un certain temps, tout est crypté à l'aide de la fonction de hachage pour produire un nouveau numéro unique. Ceci est ajouté au bloc suivant. Et ainsi de suite, créant une chaîne de blocs qui sont tous imbriqués dans le dernier, d'où le nom de blockchain.

Toute personne tentant de falsifier l'enregistrement historique devrait trouver un moyen de modifier les données d'une manière qui ne change pas le résultat de la fonction de hachage. Et c'est tellement difficile en termes de calcul que c'est considéré comme impossible avec un ordinateur classique. Mais c'est possible avec le type d'ordinateurs quantiques qui seront bientôt disponibles.

Rajan et Visser ont donc proposé une approche différente qui repose sur une version entièrement quantique d'une blockchain. Le phénomène au cœur de leur approche s'appelle l'intrication. Lorsque deux particules quantiques sont intriquées, elles partagent la même existence. Cela se produit lorsqu'ils interagissent au même point de l'espace et du temps. Après cela, une mesure sur l'un influence immédiatement l'autre, quelle que soit la distance qui les sépare.

Ce qui garantit la sécurité, c'est que l'enchevêtrement est extraordinairement fragile. Une mesure sur l'une d'une paire de particules intriquées détruit immédiatement le lien. Ainsi, si un utilisateur malveillant tente d'interférer avec l'un des deux, cela est immédiatement évident pour l'autre.

Tout comme les particules peuvent s'emmêler dans l'espace, elles peuvent aussi s'emmêler avec le temps. Ainsi, une particule existant dans le présent peut être intriquée avec une particule qui existait dans le passé. Et une mesure sur celui-ci influence immédiatement son prédécesseur.

Cela conduit à des phénomènes subtils et contre-intuitifs. Par exemple, il existe un sens quantique spécial dans lequel il devient possible d'influencer le passé. Bien sûr, il y a des limites strictes à ce que cela rend possible. Il n'est pas possible, par exemple, de déclencher une série d'événements qui tueront vos grands-parents, garantissant ainsi que vous n'avez jamais existé. Ce genre de paradoxe n'est pas permis.

Mais il devient plus difficile de faire la distinction entre la cause et l'effet. Un autre effet est qu'il devient possible d'augmenter la quantité d'informations pouvant être transmises dans le temps.

C'est ce type d'enchevêtrement temporel que Rajan et Visser exploitent pour produire une blockchain quantique. L'idée de base est d'encoder des données sur une particule quantique. Cela devient le premier bloc quantique.

Lorsque plus de données sont disponibles, elles sont combinées avec les données de la première particule dans une opération quantique qui l'enchevêtre avec une seconde particule. Le premier est alors rejeté et l'enregistrement du premier bloc de transactions est combiné avec le second bloc. Les données d'un troisième bloc peuvent être ajoutées de la même manière, créant une chaîne.

Cette chaîne est sécurisée car toute personne tentant de la falsifier l'invalide immédiatement. C'est l'avantage de l'intrication quantique.

Cette blockchain quantique a un autre avantage : les blocs antérieurs sont totalement infalsifiables. L'attaquant ne peut même pas tenter d'accéder aux photons précédents puisqu'ils n'existent plus, disent Rajan et Visser. L'intrication dans le temps offre un avantage de sécurité bien plus important qu'une intrication dans l'espace.

De plus, la plupart de la technologie pour faire fonctionner ce travail existe déjà, au moins sous forme de preuve de principe. Il a déjà été démontré que tous les sous-systèmes de cette conception ont été réalisés expérimentalement, disent Rajan et Visser.

C'est un travail intéressant qui est susceptible de devenir plus pertinent à mesure que de puissants ordinateurs quantiques commencent à émerger. IBM a déjà un ordinateur quantique de 50 qubits et des machines plus puissantes sont en préparation. Ce n'est qu'une question de temps avant qu'ils ne deviennent capables de saper la confiance dans les blockchains.

Mais un élément clé de l'infrastructure nécessaire pour faire fonctionner ce type de blockchain quantique n'est pas encore disponible : un web quantique. Il s'agit d'un réseau capable de transmettre des informations quantiques via des routeurs quantiques sans détruire ses propriétés quantiques. Ce type de système est actuellement en cours de conception et devrait être déployé en Europe, aux États-Unis et en Chine dans les mois ou les années à venir.

En effet, le travail de construction d'un tel système est essentiellement une tâche d'ingénierie plutôt qu'une tâche de physique fondamentale. Ce n'est donc qu'une question de temps avant qu'une blockchain quantique ne devienne possible. Que ce soit ce protocole qui ressorte comme le meilleur est une autre question, bien sûr.

Rajan et Visser pourraient peut-être faire bon usage de leur machine à remonter le temps quantique en découvrant quelle technologie finira par triompher à l'avenir !

Réf : arxiv.org/abs/1804.05979 : Blockchain quantique utilisant l'intrication dans le temps

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