آیا رایانه‌های کوانتومی آینده‌ساز یا تهدید بزرگ رمزارزها هستند؟
آیا رایانه‌های کوانتومی آینده‌ساز تهدیدی جدی برای امنیت و استخراج رمزارزها هستند؟
بررسی تهدیدهای رایانش کوانتومی برای امنیت رمزارزها و راهکارهای مقابله با چالش‌های آینده در فناوری بلاکچین.
با پیشرفت فناوری کوانتوم در سال‌های اخیر، کارشناسان و تحلیل‌گران صنعت رمزارزها نگرانی‌هایی درباره تأثیرات احتمالی آن بر بلاکچین و ارزهای دیجیتال ابراز کرده‌اند. این فناوری نوظهور می‌تواند پتانسیل تغییرات بنیادی در امنیت، مقیاس‌پذیری و کارایی شبکه‌های مبتنی بر بلاکچین را داشته باشد، که نیازمند بررسی‌های دقیق و آینده‌نگرانه است. کارشناسان معتقدند که توسعه سریع کوانتوم ممکن است چالش‌هایی در حوزه رمزنگاری و محافظت از دارایی‌های دیجیتال ایجاد کند، و در نتیجه، توسعه راهکارهای مقاوم در برابر کوانتومی در اولویت قرار گیرد.
رایانش کوانتومی؛ قابلیت‌ها و توانمندی‌ها
بر اساس تحلیل‌های موجود، تصور غالب بر این است که یک کامپیوتر کوانتومی قدرتمند قادر خواهد بود به راحتی کلیدهای رمزنگاری مورد استفاده در امنیت رمزارزها مانند بیت‌کوین را شکسته و نفوذ کند. این کلیدهای رمزنگاری بر پایه مسائل ریاضی به ظاهر حل‌ناپذیر طراحی شده‌اند، اما انتظار می‌رود کامپیوترهای کوانتومی با قدرت محاسباتی لازم بتوانند این مسائل را حل کنند. در نتیجه، الگوریتم‌های اجماع مانند اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) که اساس امنیت شبکه‌های رمزارزی هستند، کارایی خود را از دست خواهند داد و امنیت آن‌ها به خطر می‌افتد.
رایانش کوانتومی چیست؟
کامپیوترهای کوانتومی فناوری نوینی است که بر اساس قوانین مکانیک کوانتومی توسعه یافته و قادر است مسائلی را حل کند که برای کامپیوترهای کلاسیک بسیار پیچیده و زمان‌بر هستند. در مقایسه با کامپیوترهای سنتی، که منطق آن‌ها بر مبنای جبر بول (Boolean algebra) است و تنها از دو حالت «روشن» و «خاموش» (یک و صفر) بهره می‌برند، کامپیوترهای کوانتومی از کوبیت (qubit) استفاده می‌کنند.
کوبیت‌ها می‌توانند در حالت برهم‌نهی (superposition) قرار گیرند، یعنی همزمان در چند حالت باشند. این ویژگی به علت وجود ذرات زیراتمی است که می‌توانند در بیش از یک وضعیت همزمان قرار گیرند. نتیجه این است که کامپیوترهای کوانتومی قادرند وظایف محاسباتی پیچیده را بسیار سریع‌تر از نمونه‌های کلاسیک انجام دهند و پتانسیل انقلابی در حوزه‌های مختلف از جمله رمزنگاری، یادگیری ماشین و تحلیل داده‌ها دارند.
استخراج رمزارزها
ماینرهای رمزارز مسئولیت تایید و افزودن تراکنش‌های جدید به دفتر کل عمومی را بر عهده دارند، و بدین ترتیب شبکه اصلی بیت‌کوین (Bitcoin) را فعال نگه می‌دارند. پس از استخراج هر بلاک جدید، این بلاک به زنجیره بلاکچین افزوده می‌شود. فرآیند ماینینگ بر پایه حل مسائل ریاضی پیچیده‌ای استوار است که برای تولید پاسخ‌های صحیح، نیازمند صرف قدرت محاسباتی قابل توجهی است. در صورت موفقیت در حل این مسائل، بلاک جدیدی ساخته و به زنجیره افزوده می‌شود.
امنیت شبکه بیت‌کوین یکی از عوامل مهم استقبال گسترده کاربران است؛ چراکه زنجیره‌های بلاکچین نسبت به سیستم‌های مالی سنتی در برابر هک مقاوم‌تر هستند. با این حال، از نظر تئوری، در صورتی که یک نهاد واحد بتواند بیش از ۵۰ درصد از قدرت محاسباتی شبکه بیت‌کوین را در اختیار بگیرد، می‌تواند تراکنش‌ها را کنترل کند و با حل مسائل ریاضی سریع‌تر از سایر ماینرها، بر روند تایید تراکنش‌ها تسلط یابد.
تهدید رایانش کوانتومی برای استخراج رمزارزها
در حال حاضر، بیت‌کوین از الگوریتم هش SHA-256 بهره می‌برد که توسط آژانس امنیت ملی آمریکا (NSA) در سال ۲۰۰۱ توسعه یافته و توسط موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) منتشر شده است. هر تراکنش در شبکه بیت‌کوین به کلیدهای رمزنگاری منحصر به فردی مجهز می‌شود که در صورت دسترسی، امکان مشاهده تمامی موجودی‌های بیت‌کوین را فراهم می‌کند.
در ژانویه ۲۰۲۲، مارک وببر، پژوهشگر دانشگاه ساسکس، بر این باور بود که کامپیوترهای کوانتومی شرکت آی‌بی‌ام (IBM) که در آن زمان دارای ۱۲۷ کیوبیت بودند، ممکن است توانایی شکستن الگوریتم بیت‌کوین را داشته باشند. هرچند او معتقد بود که این تعداد کیوبیت ممکن است برای انجام این محاسبات کافی نباشد.
تیم وببر بر این باور است که برای شکستن الگوریتم بیت‌کوین در عرض یک ساعت، نیاز به حداقل ۳۱۷ میلیون کیوبیت است. در حال حاضر، کامپیوترهای کوانتومی هنوز فاصله زیادی با قدرت محاسباتی لازم برای تهدید این الگوریتم‌ها دارند. شرکت آی‌بی‌ام برنامه‌ریزی کرده است تا تا سال ۲۰۲۵، کامپیوترهای کوانتومی با بیش از ۴۰۰۰ کیوبیت تولید کند.
بیت‌کوین با استفاده از تجهیزات خاصی به نام ASIC (مدارهای مجتمع مخصوص برنامه‌ریزی شده) استخراج می‌شود که به طور ویژه برای عملیات ماینینگ طراحی شده‌اند. این مدارها به گونه‌ای ساخته شده‌اند که هر ورودی باید نتیجه مطلوبی برگرداند؛ در غیر این صورت، سیستم آن را شناسایی کرده و هشدار لازم را به ماینرها ارسال می‌کند.
نکته مهم این است که ASICها به هیچ عنوان بدون اطلاع سایر ماینرهای در حال کار بر روی همان بلاک، قابل دستکاری نیستند. برای شکستن الگوریتم بیت‌کوین، هکر باید بیش از ۵۰ درصد به همراه یک واحد از کل فرآیند ماینینگ بلاک‌ها تسلط یابد که امری بسیار دشوار است.
درک رابطه بین کلید خصوصی و عمومی کاربر، به‌ویژه جهت‌گیری آن‌ها، از اهمیت بالایی در تحلیل تهدیدهای ناشی از رایانش کوانتومی دارد. در حالی که تولید کلید عمومی از خصوصی به آسانی انجام می‌شود، برعکس آن به هیچ عنوان قابل انجام نیست. مالکیت کلید خصوصی با استفاده از امضای دیجیتال و الگوریتم امضای منحنی بیضوی (Elliptic Curve Signature Scheme) قابل تأیید است، بدون آنکه کلید خصوصی فاش شود.
این سیستم تنها در صورت محاسبه کلید خصوصی از روی کلید عمومی قابل فریب است که برای رایانه‌های معمولی تقریباً غیرممکن است، اما برای رایانه‌های کوانتومی این کار بسیار ساده است.
در سال ۱۹۹۹، ریاضیدان پیتر شور (Peter Shor) نشان داد که رایانه‌های کوانتومی می‌توانند مسئله پیچیده یافتن عوامل اول اعداد بزرگ را به صورت نمایی سریع‌تر از هر رایانه کلاسیک حل کنند. اگر توسعه‌دهنده‌ای بتواند رایانه کوانتومی با تعداد کافی از کیوبیت‌های تصحیح‌شده بسازد، به‌طور تئوری می‌تواند از الگوریتم شور برای شکستن طرح‌های رمزنگاری مورد استفاده در بیت‌کوین بهره ببرد. بر اساس مطالعه‌ای که در آوریل ۲۰۲۲ توسط شرکت Deloitte منتشر شد، در صورت تحقق چنین فناوری قدرتمندی، حدود یک چهارم بیت‌کوین‌های در گردش در معرض خطر قرار می‌گیرند.
تهدید نادرست ارزیابی شده است
ترس از قدرت‌نمایی رایانش کوانتومی در حالی افزایش یافته است که نگرانی‌ها درباره امکان کنترل شبکه‌های ماینینگ توسط نهادهای قدرتمند با کامپیوترهای کوانتومی، به‌خصوص در صورت دستیابی به بیش از نیمی از ظرفیت ماینینگ، مطرح می‌شود. در این شرایط، این نهادها می‌توانند از نفوذ خود برای اهداف مخرب بهره‌برداری کنند. در مقابل، پروفسور سارما از دانشگاه مریلند معتقد است که مفاهیم مرتبط با رایانش کوانتومی هنوز بیش از حد در حد حاشیه و تبلیغات است و در عمل، با مشکل مهمی به نام اصلاح خطای کوانتومی مواجه است.
اصلاح خطای کوانتومی فرآیندی است که برای جبران decoherence یا ناپایداری سریع حالت‌های کوانتومی در اثر نویز محیطی طراحی شده است. در دهه ۹۰ میلادی، دانشمندان تصور می‌کردند این چالش نسبتا ساده است، چرا که قوانین فیزیک امکان آن را می‌داد، اما در عمل، حل این مشکل بسیار پیچیده و دشوار بوده است.
در فوریه ۲۰۲۳، تیم فیزیکدانان گوگل به موفقیتی مهم دست یافتند و توانستند با کاهش خطاها، نشان دهند که اصلاح خطا در رایانش کوانتومی امکان‌پذیر است. با این حال، رایانه‌های کوانتومی فعلی هنوز فاقد تعداد زیادی qubit نویزی هستند و برای ساخت نمونه‌ای که بتواند رمزهای RSA را شکست دهد، نیازمند میلیون‌ها یا حتی میلیاردها qubit است. در حال حاضر، تنها چند ده‌هزار qubit منطقی برای محاسبات کاربردی مورد استفاده قرار می‌گیرند و بقیه برای اصلاح خطا و مقابله با decoherence به کار می‌روند.
در حالی که فناوری رایانش کوانتومی کنونی دستاوردی بزرگ در علم محسوب می‌شود، فاصله زیادی با قدرت محاسباتی لازم برای بهره‌برداری اقتصادی یا تهدید برای استخراج بیت‌کوین دارد. تا مه ۲۰۲۳، تنها حدود ۱.۶ میلیون بیت‌کوین باقی مانده است که باید ماین شوند و برای این کار، نیازمند قدرت محاسباتی بسیار بیشتری است.
در نهایت، هرچند فناوری کوانتومی در مراحل اولیه قرار دارد، دانشمندان در حال توسعه الگوریتم‌های پساکوانتومی هستند که قادر به مقابله با هر دو نوع رایانش کلاسیک و کوانتومی باشند و امنیت شبکه‌های رمزارزی را تضمین کنند.
نتیجه‌گیری
مفهوم کامپیوترهای کوانتومی در حوزه رمزارزها، به‌ویژه ماینینگ بیت‌کوین، نگرانی‌هایی را ایجاد کرده است. این نوع رایانه‌ها قادرند وظایف رمزنگاری را به صورت نمایی سریع‌تر حل کنند، اما تاکنون نمونه عملی و قابل‌استفاده‌ای از آن‌ها ساخته نشده است.
در حال حاضر، فرآیند ماینینگ بیت‌کوین با استفاده از ASICهای تخصصی انجام می‌شود که برای انجام محاسبات رمزنگاری طراحی شده‌اند. این دستگاه‌ها توانسته‌اند بر پردازنده‌های مرکزی (CPU) برتری قابل‌توجهی کسب کنند، اما برخی معتقدند که کامپیوترهای کوانتومی ممکن است در آینده بتوانند از این تجهیزات پیشی بگیرند.
در حالی که برخی کارشناسان بر این باورند که فناوری کوانتومی می‌تواند تهدیدی جدی برای امنیت و اثربخشی شبکه‌های رمزارزی باشد، دیگر تحلیل‌گران نسبت به قابلیت عملیاتی این فناوری تردید دارند. با این حال، صنعت رمزارزها سرمایه‌گذاری‌های عظیمی در توسعه سخت‌افزار و نرم‌افزارهای مرتبط با فناوری‌های کوانتومی انجام می‌دهد تا در آینده بتواند از این فناوری بهره‌برداری کند.
منبع: کریپتو.نیوز
