محاسبات کوانتومی چیست؟
محاسبات کوانتومی روش جدیدی برای پردازش داده‌ها و حل کردن مسائل است. محاسبات کوانتومی نسبت به محاسبات رایج در کامپیوتر‌ها، تلفن‌های هوشمند و … کاملا تفاوت دارد، در حقیقت قید اگر(If) در کامپیوتر‌های رایج به قید زمان(When) در کامپیوتر‌های کوانتومی تغییر کرده است. در نتیجه کامپیوتر‌های کوانتومی قادر خواهند بود محاسباتی که به دلیل ناسازگاری در کامپیوتر‌های رایج قابل اجرا نیستند را در مدت زمان کوتاهی پردازش کنند.
در این مقطع زمانی با توجه به قدرت پردازش کامپیوتر‌ها، توابع رمزنگاری به‌طور امن در نظر گرفته می‌شوند. چرا که به منظور رمزگشایی الگوریتم‌های رمزارزها به قدرت پردازشی بسیار عظیمی نیاز است و کامپیوتر‌های کنونی از چنین ظرفیت پردازشی برخوردار نیستند. با این وجود، یک کامپیوتر کوانتومی احتمالا در طی مدت چند روز قادر خواهد بود الگوریتم‌های رایج را رمزگشایی کند.
اگرچه تهدید کامپیوتر‌های کوانتومی امروزه تنها یک فرض نظری است، امکان تحقق فرضیه‌ی اشاره شده در طول یک دهه وجود دارد.
درک عملکرد کامپیوتر‌های کوانتومی ساده نیست زیرا در مقایسه با کامپیوتر‌های رایج، از اصول کاملا متفاوتی پیروی می‌کنند. ریجارد فینمن(Richard Feynman)، برنده‌ی جایزه‌ی نوبل در این رابطه اظهار داشت: «اگر فکر می‌کنید که کامپیوتر‌های کوانتومی را درک می‌کنید، می‌توان نتیجه گرفت که این فن‌آوری را درک نمی‌کنید.»
آشنایی با اصول عملکرد کامپیوتر‌های کوانتومی
ذرات ریز اتمی ممکن است در یک لحظه به جلو و یا عقب حرکت کنند و حتی توسط پدیده‌ی درهم آمیختگی در مکان دیگری ظاهر شوند(دورنوردی یا تلپورت). در نتیجه ذرات ریز اتمی در یک لحظه ممکن است در نقاط مختلفی حضور داشته باشند که آن را «ابر موقعیت(Superposition)» می‌خوانیم. دانشمندان با هدف بهره‌مندی از ویژگی ابر موقعیت برای ساخت کامپیوتر‌های کوانتومی تلاش می‌کنند.
در حالی که ترانزیستور‌ها در کامپیوتر‌های معمولی بر اساس بیت‌ها(که در هر لحظه مقادیر صفر یا یک را دارا هستند) فعالیت می‌کنند، کامپیوتر‌های کوانتومی بر مبنای مفهوم بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها(Qubits) راه‌اندازی می‌شوند. ممکن است کیوبیت‌ها با توجه به «موقعیت ابر کوانتومی» و «درهم‌آمیختگی» در یک لحظه هر دو مقدار صفر و یک را داشته باشند. به عبارت دیگر کیوبیت‌ها امکان پردازش حجم انبوهی از محاسبات در یک لحظه را به‌طور همزمان ایجاد می‌کنند.
شرکت آی‌بی‌ام(IBM) و شرکت گوگل(Google) امروزه شرکت‌های پیشتاز در توسعه‌ی فن‌آوری پردازش کوانتومی محسوب می‌گردند. اینتل و مایکروسافت نیز دیگر رقبای فعال در توسعه‌ی فن‌آوری پردازش کوانتومی هستند و اخیرا شرکت آمازون نیز فعالیت در این عرصه را آغاز کرده است. شرکت آمازون اعلام کرده است که خدمات پردازش کوانتومی را در سرور‌های AWS ارائه می‌کند.
آیا محاسبات کوانتومی تکنولوژی بلاکچین را تهدید می‌کند؟
محاسبات کوانتومی تهدیدی برای تکنولوژی بلاکچین محسوب نمی‌شود بلکه پروژه‌هایی که از این تکنولوژی استفاده می‌کنند ممکن است از سوی کامپیوتر‌های کوانتومی تهدید شوند. اگرچه، امروزه کامپیوتر‌های کوانتومی قادر به تهدید بلاکچین‌های مختلف نیستند، توسعه‌ی این فن‌آوری در آینده ممکن است الگوریتم‌های رمزنگاری را در معرض آسیب‌پذیری قرار دهد.
بنابراین آمادگی فعالان جامعه‌ی رمزارزها برای سازگاری با کامپیوتر‌های کوانتومی اجتناب ناپذیر به‌نظر می‌رسد. اگرچه کامپیوتر‌های کوانتومی در آینده احتمالا توانایی درهم شکستن الگوریتم‌های رمزنگاری کنونی را خواهند داشت. آمادگی جهان برای پذیرش بلاکچین‌های مقاوم در برابر تهدید محاسبات کوانتومی و تکنولوژی دفترکل توزیع شده که در آن گره‌ها با استفاده از کامپیوتر‌های کوانتومی راه‌اندازی خواهند شد، خطر تهدیدها را به صفر کاهش خواهد داد.
با این وجود، به‌نظر می‌رسد که تکنولوژی محاسبات کوانتومی با شتاب بیشتری نسبت به انتظارات توسعه می‌یابد. بر اساس گزارش کوینیت، شرکت گوگل اخیر اعلام کرده است که به «برتری کوانتومی» دست یافته است؛ یعنی با ایجاد یک کامپیوتر کوانتومی قادر به حل مسائلی است که در گذشته حل کردن آن‌ها ناممکن ارزیابی شده بود. در همین راستا پیشرفت فن‌آوری محاسبات کوانتومی موجب نگرانی فعالان صنعت رمزارزها نیز شده است.
با این وجود، برخی از چهره‌های شناخته شده در حوزه‌ی رمزارزها همانند ویتالیک بوترین و آندرئاس آنتونوپولوس همچنان معتقدند که نوآوری اخیر شرکت گوگل رمزارزها را تهدید نمی‌کند.
کدام‌یک از رمزارزها و الگوریتم‌ها در معرض تهدید کامپیوتر‌های کوانتومی قرار دارند؟
کامپیوتر‌های کوانتومی قدرتمند ممکن است برای تمامی شبکه‌های بلاکچین که بر پایه‌ی الگوریتم امضای دیجیتالی منحنی بیضوی(ECDSA) ایجاد شده‌اند(همانند بیت کوین و اتریوم) تهدید محسوب گردد.
الگوریتم امضای دیجیتالی منحنی بیضوی به یک استاندارد طلایی برای ایجاد کلید‌ها در سیستم رمزنگاری بر پایه‌ی کلید عمومی تبدیل شده است که به منظور امضای تراکنش‌ها در اغلب بلاکچین‌ها استفاده می‌شود. این سیستم امکان ایجاد کلید خصوصی 256 بیت به‌طور تصادفی و یک کلید عمومی که امکان به اشتراک گذاری آن در میان دیگران وجود دارد را مهیا می‌کند. امروزه با توجه به قدرت پردازش کامپیوتر‌های کنونی، دست‌یابی به کلید خصوصی تنها با در اختیار داشتن کلید عمومی تقریبا ناممکن است. اما کامپیوتر‌های کوانتومی می‌توانند از یک الگوریتم برای آشکار ساختن رابطه‌ی ریاضی میان کلید عمومی و خصوصی استفاده کنند؛ در نتیجه کلید‌های خصوصی و دارایی‌های رمزارزی در معرض خطر قرار می‌گیرند.
بیت کوین اولین محصول کاربردی بلاکچین محسوب می‌گردد و همچنان جایگاه بزرگترین رمزارز بازار از نظر حجم مبادلات را در اختیار دارد. به منظور استفاده از بیت کوین در جریان اصلی مبادلات مالی و پذیرش گسترده‌تر این رمزارز در میان سرمایه‌گذاران حقوقی باید این رمزارز را در مقابل تهدید‌های احتمالی همانند کامپیوتر‌های کوانتومی محافظت کنیم.
دویش اگاروال(Divesh Aggarwal)؛ استاد دانشگاه بین‌المللی سنگاپور به همراه گروهی از محققان در سال 2017(زمانی که بیت کوین در سطوح قیمتی بیشینه مبادله می‌گردید) بر روی تهدید بیت کوین از سوی کامپیوتر‌های کوانتومی مطالعه کرده‌اند. آن‌ها نتیجه‌گیری کرده‌اند که کامپیوتر‌های کوانتومی یک تهدید جدی برای بیت کوین محسوب می‌شوند. نویسندگان مقاله اظهار داشتند که:
الگوریتم امضای دیجیتالی منحنی بیضوی که در بیت کوین استفاده می‌شود آسیب‌پذیر است و امکان رمزگشایی الگوریتم توسط کامپیوتر‌های کوانتومی تا ابتدای سال 2027 وجود دارد. Divesh Aggarwal And Etc
تکنولوژی بلاکچین در مقابل تهدید کامپیوتر‌های کوانتومی
دو روش اصلی برای مقابله با تهدید کامپیوتر‌های کوانتومی پیشنهاد می‌گردد:
- ایجاد و افزودن یک لایهی مقاوم در برابر کامپیوتر‌های کوانتومی به پروتکل بلاکچین کنونی به منظور افزایش امنیت و یا ایجاد بلاکچین مقاوم در برابر تهدید کامپیوتر‌های کوانتومی
- طراحی و ساخت بلاکچین مقاوم در برابر کامپیوتر‌های کوانتومی
تعدادی از پروژه‌های رمزارزی با استفاده از رویکرد طراحی و ساخت بلاکچین مقاوم در برابر کامپیوتر‌های کوانتومی ایجاد شده‌اند. بهترین نمونه‌ی ارائه شده دفتر کل مقاوم در برابر کامپیوتر‌های کوانتومی(QRL) است که توسط یک بنیاد غیر انتفاعی با همین نام اداره می‌شود. QRL پروتکل بلاکچین را در ابتدا با هدف مقاومت در برابر تهدید کامپیوتر‌های کوانتومی طراحی کرده است.
شبکه‌ی اصلی QRL بر اساس الگوریتم اثبات کار در ماه ژوئن سال 2019 میلادی راه‌اندازی شده است. این شبکه به‌جای امضای دیجیتالی منحنی بیضوی از یک طرح امضای مبتنی بر هش با نام طرح امضای قابل تعمیم مرکل(eXtended Merkle Signature Scheme) استفاده می‌کند که در برابر کامپیوتر‌های کوانتومی آسیب‌پذیر نیست. اگرچه طرح امضای قابل تعمیم مرکل(XMSS) در چند سال گذشته معرفی شده است، اما QRL نسخه‌ای از این طرح را مورد استفاده قرار می‌دهد که در سال گذشته‌ی میلادی توسط کارگروه مهندسی اینترنت(Internet Engineering Task Force) معرفی شده است.
موسسه‌ی ملی استاندارد و تکنولوژی ایالات متحده‌ی آمریکا(NIST) پیش‌نویس طرح امضای مورد استفاده در بلاکچین QRL را تایید کرده است.
لزوم توسعه‌ی الگوریتم‌های مقاوم در برابر کامپیوتر‌های کوانتومی
الگوریتم XMSS و دیگر الگوریتم‌های امضا برپایه‌ی هش همانند لیتن میکالی(Leighton-Micali) برخلاف دیگر الگوریتم‌های رمزنگاری همانند ECDSA توانایی مقاومت در برابر حملات کامپیوتر‌های کوانتومی را دارا هستند. با این وجود موسسه‌ی ملی استاندارد و تکنولوژی ایالات متحده‌ی آمریکا اعلام کرده است که امکان سوء استفاده در هر دو الگوریتم XMSS و LMS وجود دارد و در نتیجه به اصلاحاتی در این رابطه نیاز است.
موسسه‌ی ملی استاندارد و تکنولوژی ایالات متحده‌ی آمریکا به منظور انتخاب بهترین الگوریتم رمزنگاری با هدف مقابله با تهدید کامپیوتر‌های کوانتومی، رقابتی را در این راستا برگزار کرده است. آژانس امنیت ملی ایالات متحده‌ی آمریکا(U.S. National Security Agency) نیز از آمادگی این سازمان برای بهره‌مندی از نتیجه‌ی رقابت اشاره شده خبر داده است.
آژانس امنیت ملی ایالات متحده‌ی آمریکا در سال 2015 اعلام کرد که قصد دارد سیستم‌های امنیت ملی آمریکا را با استفاده از الگوریتم‌های رمزنگاری مقاوم دربرابر کامپیوتر‌های کوانتومی بروزرسانی کند. آژانس امنیت ملی ایالات متحده‌ی آمریکا در سال‌های گذشته برای آماده‌سازی الگوریتم‌های رمزنگاری مقاوم در برابر کامپیوتر‌های کوانتومی با شرکت‌های مختلفی همکاری کرده است.
هم‌اکنون تعداد کمی از سازمان‌ها و شرکت‌ها بر روی توسعه‌ی بلاکچین‌های مقاوم در برابر کامپیوتر‌های کوانتومی فعالیت می‌کنند و انتظار می‌رود که فعالیت بر روی این موضوع در آینده افزایش یابد.
حفظ امنیت بیت کوین در برابر کامپیوتر‌های کوانتومی
اگرچه در مقطع زمانی فعلی کامپیوتر‌های کوانتومی تهدیدی برای بیت کوین محسوب نمی‌شوند، ممکن است بیت کوین در آینده به منظور مقاومت در برابر کامپیوتر‌های کوانتومی بروزرسانی گردد.
بیت کوین دو ویژگی امنیتی را دارا است، این رمزارز از تابع هشینگ برای ایجاد بلاک‌ها و الگوریتم ECDSA برای امضا استفاده می‌کند. همانطور که اشاره شد، الگوریتم ECDSA در مقابل تهدید کامپیوتر‌های کوانتومی آسیب‌پذیر است و احتمالا به منظور افزایش امنیت در برابر تهدید کامپیوتر‌های کوانتومی به یک لایهی امنیتی اضافی نیاز خواهد داشت.
آندرئاس آنتونوپولوس در سال 2017 اظهار داشت که به دلیل توانایی کامپیوتر‌های کوانتومی در رمزگشایی الگوریتم منحنی بیضوی باید برای یک بروزرسانی بزرگ در بیت کوین آماده شویم. با این وجود، بروزرسانی بیت کوین پیش از تحقق تهدید کامپیوتر‌های کوانتومی قابل پیش‌بینی خواهد بود.
نظر شما نسبت به تهدید رمزارزها از سوی کامپیوتر‌های کوانتومی چیست؟ آیا رمزارزها در مهلت زمانی موجود آمادگی مواجهه با کامپیوتر‌های کوانتومی را خواهند داشت؟ نظر خود را به صورت کامنت با ما درمیان بگذارید.
