Bu makale, blokzincir teknolojisinin kriptografik omurgasının temelden yeniden düşünülmesini önermektedir. Geleneksel olarak bir tehdit olarak görülen kuantum hesaplama platformları, yeni, daha verimli ve merkeziyetsiz bir iş kanıtı (PoW) protokolü için bir kolaylaştırıcı olarak yeniden konumlandırılmaktadır. Yazarlar Kalinin ve Berloff, dijital, yoğun hesaplama gerektiren PoW şemalarından, doğal olarak düşük enerji durumları arayan fiziksel sistemler olan analog Hamiltoniyen optimizatörleri tarafından üretilen kanıtlara geçişi savunmaktadır. Bu yaklaşım, blokzincirin iki temel zayıf noktasını hedeflemektedir: madencilik gücünün aşırı merkezileşmesi ve yavaş işlem onay süreleri.
Blokzincirin ölçeklenebilirliğini ve benimsenmesini sınırlayan, enerji yoğun, merkezi PoW.
Daha hızlı ve merkeziyetsiz bir mutabakat için fiziksel optimizasyonu (kuantum/analog) kullanmak.
Daha hızlı işlemler, azaltılmış enerji ayak izi, gelişmiş ağ güvenliği.
Öneri, geleneksel PoW'deki (örneğin Bitcoin'in SHA-256'sı) kriptografik hash bulmacasının, özel bir fiziksel cihaz tarafından çözülen bir optimizasyon problemi ile değiştirilmesine odaklanmaktadır.
Mevcut blokzincirlerde, madenciler blok verileriyle hash'lendiğinde belirli bir hedefin altında bir çıktı üreten bir nonce bulmak için yarışır. Bu, kaba kuvvet, büyük ölçüde paralelleştirilebilir dijital bir hesaplamadır. Makale, bunu madencilik havuzlarının merkezileşmesinin ve yüksek gecikmenin kök nedeni olarak tanımlamaktadır.
Bunlar, dinamikleri bir Hamiltoniyen ($H$) ile tanımlanan ve enerjilerini en aza indirmek için evrilen fiziksel sistemlerdir. "Kanıt", sistemin nihai, düşük enerjili durumudur; bu durumu dijital olarak hesaplamak zordur ancak analog sistem için bulmak doğaldır. İş, fiziksel cihazın bu duruma ulaşmak için harcadığı enerjidir.
Blokzincir ağı, karmaşık bir Hamiltoniyen'in temel durumunu bulmak olarak formüle edilen zor bir optimizasyon problemi üzerinde anlaşacaktır. Madenciler, bir çözüm bulmak için onaylanmış analog optimizatör donanımı (örneğin, bir D-Wave kuantum tavlayıcısı veya fotonik bir simülatör) kullanacaktır. Sunulan ilk geçerli, düşük enerjili çözüm, bir sonraki blok için PoW'u oluşturur.
Makale özellikle D-Wave sistemlerini örnek göstermektedir. Blokzincirin PoW problemi bir Ising modeli Hamiltoniyen'ine eşlenecektir: $H_{\text{Ising}} = -\sum_{i Grafik Açıklaması (Kavramsal): Y ekseninde bir kombinatoryal optimizasyon problemi için çözüm süresini, x ekseninde ise problem karmaşıklığını gösteren bir grafik. İki çizgi gösterilmektedir: biri klasik dijital hesaplama için (dik üstel eğri) ve diğeri bir kuantum tavlayıcı için (daha sığ eğri, daha erken plato yapan), belirli problem sınıfları için potansiyel hız avantajını göstermektedir.
Bu, optik parametrik osilatörler veya polariton yoğuşmaları ağları gibi ortaya çıkan klasik analog sistemlere atıfta bulunur. Bu sistemler, klasik dalga dinamiğinden ve doğrusal olmayan etkileşimlerden yararlanarak tutarlı Ising modellerini çözebilir. Kuantum tavlayıcılara kıyasla potansiyel olarak daha ölçeklenebilir ve oda sıcaklığında çalıştırılabilir bir alternatif sunarlar.
Öz, bir bloğun işlemsel verilerini ve bir aday nonce'yi bir Hamiltoniyen optimizasyon probleminin parametrelerine ($J_{ij}$, $h_i$) eşlemektir. Doğrulama fonksiyonu, sunulan çözümün (örneğin, bir spin vektörü $\vec{\sigma}$) ağın mevcut zorluk hedefi $E_{\text{hedef}}$'in altında bir enerji $E = H(\vec{\sigma})$ üretip üretmediğini kontrol eder. Fonksiyon dijital olarak hızlı doğrulanabilir olmalı ancak analog donanım olmadan çözülmesi zor olmalıdır.
Kalinin ve Berloff sadece blokzinciri değiştirmiyor; en savurgan katmanının tam bir yığın değişimini deniyorlar. İçgörüleri derin: fiziğin analog doğasıyla dijital kapılar kullanarak savaşmak yerine, onu güvenin kaynağı olarak benimseyin. Bu, kuantum hesaplamanın varoluşsal tehditten temel müttefike dönüşmesini sağlıyor. Bu, CycleGAN'ın döngü tutarlılığından yararlanarak görüntü çevirisini yeniden çerçevelemesini hatırlatan bir hamle—karmaşık bir problemi basitleştiren akıllı, alana özgü bir kısıtlama.
Argüman zarif: 1) Geleneksel PoW, merkezileşmeye yol açan dijital bir silahlanma yarışıdır. 2) Gerçek değer, doğrulanabilir ancak kolayca yeniden üretilemeyen "yararlı" iş yapmaktadır. 3) Analog fiziksel sistemler doğal olarak düşük enerji durumlarına yerleşerek optimizasyon "işi" yapar. 4) Bu nedenle, bu fiziksel optimizasyonu PoW yapın. Mantık sağlamdır, ancak teoriden canlı, düşmanca, milyar dolarlık bir ağa geçiş, gerçek boşlukların ortaya çıktığı yerdir.
Güçlü Yönler: Büyük enerji tasarrufu ve daha hızlı blok süreleri potansiyeli inkâr edilemez. Ayrıca ASIC hakimiyetine doğal bir bariyer oluşturur, madenciliği potansiyel olarak demokratikleştirebilir. Gerçek fiziğe bağlantı, zinciri tamamen algoritmik saldırılara karşı daha sağlam hale getirebilir.
Eleştirel Zayıflıklar: Bu, teorinin yumuşak karnıdır. Doğrulanabilirlik ve Güven: Kapalı kutu bir analog cihazın çıktısına nasıl güvenirsiniz? Kolay olan dijital bir gölge-doğrulamaya ihtiyacınız var, bu da orijinal problemi yeniden yaratabilir. Donanım Tekeli Riski: ASIC çiftliklerini D-Wave veya özel fotonik donanımla değiştirmek, merkezileşmeyi farklı, potansiyel olarak daha yoğun bir tedarik zincirine kaydırır. Problem Eşleme Ek Yükü: Blok verilerini sürekli olarak yeni Hamiltoniyen örneklerine dönüştürmenin gecikmesi ve karmaşıklığı, hız kazançlarını etkisiz hale getirebilir. Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nün (NIST) kuantum sonrası kriptografi raporlarında belirtildiği gibi, geçiş karmaşıklığı genellikle yeni şemalar için öldürücüdür.
Yatırımcılar ve geliştiriciler için: Girişimleri değil, laboratuvarları izleyin. Gerçek ilerleme, kuantum tavlama doğruluğundaki temel ilerlemelerden ve oda sıcaklığında, CMOS uyumlu analog Ising makinelerinin (Stanford veya NTT Research'ten gelenler gibi) geliştirilmesinden gelecektir. Bu 5-10 yıllık bir ufuk oyunudur. Önce özel zincirlerle pilot yapın. Tedarik zinciri veya Nesnelerin İnterneti (IoT) için konsorsiyum blokzincirleri (bahsedilen ADEPT konsepti gibi), halka açık kripto ekonomisinin vahşi batısı olmadan donanım tabanlı mutabakatı test etmek için mükemmel, düşük riskli deneme alanlarıdır. Doğrulayıcıya odaklanın. Kazanan protokol, en hızlı çözücüye sahip olan değil, bir analog kanıtı doğrulamak için en zarif, hafif ve güveni en aza indirilmiş yönteme sahip olan olacaktır. Bu fikri başarıya ulaştıracak veya bozacak olan yazılım zorluğu budur.
Herhangi bir yeni PoW önerisini (analog veya başka türlü) eleştirel olarak değerlendirmek için bu çerçeveyi kullanın:
Bu Makaleye Uygulama: Öneri (1) ve (3) üzerinde iyi puan alır, donanım çeşitlenirse (4) üzerinde potansiyel olarak iyi puan alır, ancak (2) üzerinde büyük açık sorularla karşı karşıyadır ve (5) üzerinde önemli bir zorluk vardır.
Doğrudan uygulama açıktır: yeni nesil bir kripto para birimi. Ancak, etkileri daha geniştir. Başarılı bir analog PoW blokzinciri, aşağıdakiler için ideal bir mutabakat katmanı olabilir:
Gelecek Araştırmaların Ele Alması Gerekenler: