使用时间纠缠的量子区块链（二）

摘要:在本文中，我们提出了一个量子区块链的概念设计。我们的方法涉及到将区块链编码成暂时的GHZ (Greenberger-Horne-Zeilinger)状态的光子，这种状态并不同时存在。结果表明，相对于空间纠缠，时间纠缠提供了关键的量子优势。该系统的所有子组件都已被实验实现，此外，我们的编码过程可以被阐释为对过去的非经典影响。

接上文：使用时间纠缠的量子区块链（一）

经典区块链由区块链数据结构和网络一致性协议组成;前者是数据库，而后者提供了去中心化功能。区块链的目标是拥有一个关于过去的记录的单一数据库，网络中的每个节点都可以对这些记录达成一致。此外，它不要求中心化的管理节点。这将有助于建立一个物理模型来描述这个经典的信息系统，例如：它的运动学和动力学属性。

我们从运动学特征开始。大约在同一时间发生的关于过去的记录被接收并收集到一个数据块中。这些块具有时间戳，以确保数据在指定时间存在。此外，这些块是通过密码哈希函数按时间顺序链接的。

如果攻击者试图篡改某个特定的区块，可以使用密码哈希函数来确保篡改后的所有区块的失效(具有很高的可信度);这使得经典的区块链非常精细，对篡改非常敏感。而且，区块上的时间戳越老，在区块链中就越安全。通过这种敏感性实现的主要好处是，在不使区块链无效的情况下，很难成功篡改一个区块。

在运动学案例中，实现这一优点的另一种方法是使用一个大型分布式网络，每个节点都有一个本地的区块链副本。如果一个不诚实的节点篡改了它的本地副本，它不会影响网络中其他节点的副本。

在动态学特征下，我们希望研究区块链如何随时间延长。目标是在没有中央机构的情况下增加有效的区块;有许多方法可以实现这一点。当前的一种经典设计是通过调用网络上的一个节点来确认新区块中记录的有效性，然后将该块广播给其他节点。如果不同的节点能够通过加密哈希函数成功地将该区块链接到它们自己的区块链副本，则它们将接受该区块。为了使这个过程保持持续的准确性，对每个区块随机选择验证节点;这可以防止预先计划的特定于节点的攻击。此外，验证节点也通过网络被激励来执行这些任务。尽管有一些不诚实的节点，但这都是通过一致的算法实现区分的，比如工作证明或权益证明。

从我们的分析中，我们看到相关的性能优势是不受干扰的，并且以去中心化的方式保持持续的准确性。我们的目标是在抽象级别上证明完全的量子区块链可以在这些性能指标上提供优于经典区块链的优势。

3.量子区块链

在本节中，我们的目标是用量子系统替换经典区块链的数据结构组件。在量子信息论中，量子系统被描述为具有编码和解码过程的信息载体。对于区块链，我们通过量子系统(如光子)的不可分性(纠缠)来捕获链的概念。由两部分构成的系统|ψ?AB,这意味着:

|ψ?AB≠|a?A|b?B|, (1)

对于所有单量子比特态|a?and|b?;下标指的是相应的希尔伯特空间。特别是指在多方GHZ (Greenberger-Horne-Zeilinger)状态中，所有子系统都提供了共享纠缠特性。这使我们能够创建一个链的概念。

要创建适当的代码来利用这个链，最好使用来自于高密度编码的概念。在该协议中，编码将经典信息转换为空间纠缠贝尔态;两个经典位，xy，其中xy=00,01,10或11，并被编码到状态:

, (2)

y?就是y的补集。既然贝尔状态是正交的，那么就可以通过量子测量来区分它们。这个解码过程允许从|βxy?提取经典比特串,xy。

（待续）

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原文名称：Quantum Blockchain Using Entanglement in Time

作者：Del Rajan,Matt Visser

原创翻译：区块链研究员（区块链Robin）

英文源自Victoria University of Wellington，译文有编辑及删减，如有侵权，请联系译者删除。

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编译者/作者：区块链研究员

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