A proof of work (PoW) is an important cryptographic construct enabling a party to convince others that they invested some effort in solving a computational task. Arguably, its main impact has been in the setting of cryptocurrencies such as Bitcoin and its underlying blockchain protocol, which received significant attention in recent years due to its potential for various applications as well as for solving fundamental distributed computing questions in novel threat models. PoWs enable the linking of blocks in the blockchain data structure and thus the problem of interest is the feasibility of obtaining a sequence (chain) of such proofs. In this work, we examine the hardness of finding such chain of PoWs against quantum strategies. We prove that the chain of PoWs problem reduces to a problem we call multi-solution Bernoulli search, for which we establish its quantum query complexity. Effectively, this is an extension of a threshold direct product theorem to an average-case unstructured search problem. Our proof, adding to active recent efforts, simplifies and generalizes the recording technique due to Zhandry (Crypto 2019). In addition, we revisit the formal treatment of security of the core of the Bitcoin consensus protocol, called the Bitcoin backbone (Eurocrypt 2015), against quantum adversaries and show that its security holds under a quantum analogue of the ``honest majority'' assumption that we formulate. Our analysis indicates that security of the Bitcoin backbone protocol is guaranteed provided that the number of adversarial quantum queries is bounded so that each quantum query is worth $O(p^{-1/2})$ classical ones, where $p$ is the probability of success of a single classical query to the protocol's underlying hash function. Somewhat surprisingly, the wait time for safe settlement in the case of quantum adversaries matches the safe settlement time in the classical case.


翻译:工作证明( PoW) 是一个重要的加密结构( 证明) 。 工作证明( PoW) 是一个重要的加密结构, 使当事一方能够说服他人他们投入了一定的努力来完成计算任务。 可以说, 其主要影响在于Bitcoin 及其基本连锁协议等加密协议的设置。 近年来,由于它具有各种应用以及解决新式威胁模型中基本分布式计算问题的潜力, 这项工作得到了极大关注。 PoW 能够连接到块链数据结构中的区块, 因此, 问题在于获得这种证据的序列( 链 ) 的可行性。 在这项工作中, 我们检查了如何在量子战略中找到这样的波斯连锁( PoWs) 及其基本连锁协议的难度。 我们证明, 波斯问题链的链会减少到一个问题,我们称之为多解密伯诺利搜索, 而我们为此建立了量查询的复杂性。 事实上, 这是将一个门槛直接的输出到一个普通的直径值 搜索问题。 我们的证据, 在近期的努力中, 直径/2 直径的直径直径直径直径直径直径直径直径直径, 和直径直径直径直径直径直径直径直径直的计算, 。

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