Les ordinateurs quantiques pourraient casser la cryptographie sur laquelle s’appuient les blockchains classiques. Maintenant les physiciens disent qu’une manière d’emmêler le présent avec le passé pourrait déjouer ce type d’attaque.
Une blockchain est une structure mathématique qui stocke des données en toute sécurité au fil du temps. L’idée a gagné sa renommée sur le dos du boom du Bitcoin. Le Bitcoin s’appuie sur des blockchains pour stocker en toute sécurité ses transactions de devises associées.
Mais la même technologie peut stocker n’importe quel type de données d’expédition de données, la progression des programmes informatiques, les contrats intelligents, etc. En effet, les blockchains semblent devenir l’une des technologies habilitantes du 21ème siècle.
Et pourtant, elles ont un talon d’Achille. La sécurité d’une blockchain est garantie par des fonctions cryptographiques standard. Celles-ci sont relativement sécurisés car les casser nécessite d’énormes ressources informatiques, qui ne sont généralement pas disponibles.
Cela semble devoir changer avec l’émergence de puissants ordinateurs quantiques. Ce sera un jeu d’enfant pour ces appareils de briser cette protection cryptographique. Mais les ordinateurs quantiques ne peuvent pas briser les codes cryptographiques quantiques, de sorte que divers groupes ont suggéré d’ajouter la cryptographie quantique aux blockchains pour garantir leur sécurité.
Selon Del Rajan et Matt Visser, de l’Université Victoria de Wellington en Nouvelle-Zélande, il existe une meilleure solution, plus fondamentale. La cryptographie quantique ajoute simplement une couche quantique au protocole blockchain standard. Au lieu de cela, ils suggèrent rendre l’ensemble d’une blockchain, un phénomène quantique.
Leur idée est de créer une blockchain en utilisant des particules quantiques qui sont enchevêtrées dans le temps. Cela permettrait à une seule particule quantique d’encoder l’histoire de tous ses prédécesseurs d’une manière qui ne peut 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. « Cette blockchain quantique décentralisée peut être considérée comme une machine à temps quantique en réseau », disent Del Rajan et Matt Visser.
D’abord quelques antécédents. Une blockchain est simplement un registre qui enregistre des informations sur certaines transactions de type devise, par exemple. Les transactions sont continuellement ajoutées à une base de données appelée bloc, mais à la fin d’une période donnée, le bloc est chiffré à l’aide d’un dispositif mathématique appelé fonction de hachage (hashing). Cela produit un nombre unique qui peut être utilisé pour représenter les données exactement.
Ce nombre unique est ensuite inclus dans le bloc suivant avec l’ensemble de transactions suivant. Après un certain temps, tout est crypté en utilisant 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 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 cela est si difficile d’un point de vue informatique qu’il est considéré comme impossible avec un ordinateur classique. Mais c’est possible avec le genre d’ordinateurs quantiques qui seront bientôt disponibles.
Donc Del Rajan et Matt Visser ont proposé une approche différente qui repose sur une version entièrement quantique d’une blockchain. Le phénomène au cœur de leur approche s’appelle l’enchevêtrement (entanglement en anglais). Lorsque deux particules quantiques sont enchevêtrées, elles partagent la même existence. Cela arrive quand elles interagissent au même point dans l’espace et le temps. Après cela, une mesure sur l’une influence immédiatement l’autre, aussi éloigné soit-elle.
Ce qui garantit la sécurité, c’est que l’enchevêtrement est extraordinairement fragile. Une mesure sur l’une des deux particules intriquées détruit immédiatement le lien. Donc, si un utilisateur malveillant tente d’interférer avec l’une des deux, elle est immédiatement évidente pour l’autre.
Tout comme les particules peuvent s’emmêler à travers l’espace, elles peuvent aussi s’emmêler avec le temps. Ainsi, une particule existant dans le présent peut être enchevêtrée avec celle qui existait dans le passé. Et une mesure sur elle influence immédiatement celle qui précède.
Cela conduit à des phénomènes subtils et contre-intuitifs. Par exemple, il y a un sens quantique spécial dans lequel il devient possible d’influencer le passé. Bien sûr, il y a des limites strictes sur ce que cela rend possible. Il n’est pas possible, par exemple, de mettre en train une série d’événements qui tueront vos grands-parents, assurant ainsi que vous n’avez jamais existé. Ce genre de paradoxe n’est pas autorisé.
Mais il devient plus difficile de distinguer entre cause et effet. Un autre effet est qu’il devient possible d’augmenter la quantité d’informations qui peuvent être transmises au fil du temps.
C’est ce type d’intrication temporelle que Rajan et Visser exploitent pour produire une blockchain quantique. L’idée de base est de coder des données sur une particule quantique. Cela devient le premier bloc quantique.
Lorsque plus de données sont disponibles, cela est combiné avec les données de la première particule dans une opération quantique qui l’enchevêtre avec une deuxième particule. La première est ensuite rejetée, et l’enregistrement du premier bloc de transactions est combiné avec le deuxième bloc. Les données d’un troisième bloc peuvent être ajoutées de la même manière, en créant une chaîne.
Cette chaîne est sécurisée parce que quiconque tente de l’altérer l’invalide immédiatement. C’est l’avantage de l’intrication quantique.
Cette blockchain quantique a un autre avantage : les blocs antérieurs sont complètement inviolables. « L’attaquant ne peut même pas tenter d’accéder aux photons précédents car ils n’existent plus », affirment Rajan et Visser. « L’enchevêtrement dans le temps offre un avantage de sécurité beaucoup plus grand qu’un enchevêtrement dans l’espace. »
De plus, la plus grande partie de la technologie permettant de faire ce travail existe déjà, au moins sous forme de preuve de principe. « Tous les sous-systèmes de cette conception ont déjà été démontrés 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 cours de développement. Ce n’est qu’une question de temps avant qu’ils deviennent capables de miner la confiance dans les blockchains.
Mais une partie essentielle de l’infrastructure nécessaire pour faire fonctionner ce type de blockchain quantique n’est pas encore disponible: un web quantique. C’est un réseau qui peut 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 que de physique fondamentale. Donc c’est juste une question de temps avant qu’une blockchain quantique devienne possible. Que ce soit ce protocole qui émerge comme le meilleur est une autre question, bien sûr.
Peut-être que Rajan et Visser pourraient mettre à profit leur machine à temps quantique en découvrant ce que la technologie finira par triompher à l’avenir!
https://arxiv.org/abs/1804.05979
