چه زمانی رایانش کوانتومی امنیت بلاک‌چین را هک خواهد کرد؟

رایانه‌های کوانتومی در حال حاضر همه جا صحبت می‌شوند. از مدل‌سازی مالی گرفته تا علم مواد، کشف دارو، مدل‌سازی آب‌وهوایی و بیشتر، رایانه‌های کوانتومی می‌توانند در کاربردهای متعددی به کار گرفته شوند که رایانه‌های کلاسیک معمولاً با آن‌ها مشکل دارند.

اگر اخیراً به اخبار توجه کرده‌اید، احتمالاً در مورد قابلیت‌های پیشگامانه چیپ کوانتومی جدید گوگل به نام ویلو شنیده‌اید.

برای درک قدرت آن، پردازنده ۱۰۵ کیوبیتی “یک محاسبه را در کمتر از پنج دقیقه انجام داد که حل آن توسط یکی از سریع‌ترین ابررایانه‌های امروزی حدود ۱۰ سکستینیون سال زمان می‌برد”.

اکنون شایعاتی در جریان است که رایانه‌های کوانتومی می‌توانند تهدیدی برای شبکه بیت‌کوین و سایر دفاتر کلیدگذاری‌شده رمزنگاری شده به وجود آورند. برخی از خوشبینانه‌ترین پیش‌بینی‌ها معتقدند که اقدامات امنیتی بیت‌کوین می‌توانند تنها در عرض ۳ سال متزلزل شوند.

آیا این ادعاها دارای اساس هستند؟ بیایید نگاهی عمیق‌تر بیندازیم.

توجه: ما عمدتاً بر بلاک‌چین بیت‌کوین تمرکز خواهیم کرد، زیرا این بلاک‌چین بیشترین آزمون را دیده و الهام‌بخش اکثریت دفاتر توزیع‌شده است.

رایانه‌های کوانتومی چیستند؟

برخلاف رایانه‌های کلاسیک که از بیت‌ها (که می‌توانند ۰ یا ۱ باشند) به عنوان واحد پایه داده استفاده می‌کنند و عملیات را به صورت خطی با استفاده از دروازه‌های منطقی انجام می‌دهند، رایانه‌های کوانتومی از کیوبیت‌ها (که می‌توانند به طور همزمان هم ۰ و هم ۱ باشند) استفاده می‌کنند و به لطف دروازه‌های کوانتومی خود، عملیات را به صورت موازی پردازش می‌کنند.

این قضیه ممکن است شبیه به حرف‌های فنی و پیچیده‌ای به نظر برسد، اما این تفاوت‌ها رایانه‌های کوانتومی را حتی در مقایسه با قدرتمندترین ابررایانه‌ها به یک فناوری شگفت آور کاملاً متفاوت تبدیل می‌کنند.

رایانه‌های کوانتومی ابزار ایده‌آلی برای مقابله با مشکلات پیچیده‌ای هستند که نیازمند بررسی ترکیبات و امکانات فراوان در زمینه‌هایی مانند رمزنگاری، شبیه‌سازی کوانتومی، بهینه‌سازی و یادگیری ماشین هستند.

گفته شده است که برای حل مسائلی مانند معادلات شرودینگر برای شبیه‌سازی مولکول‌ها، مدل‌سازی دقیق آب‌وهوایی، کشف داروهای کارآمد و غیره، به قابلیت‌های منحصر به فرد یک رایانه کوانتومی نیاز خواهد بود.

در اینجا هم پتانسیل‌ها و هم خطرات مرتبط با رایانه‌های کوانتومی وجود دارد. در حالی که آن‌ها می‌توانند برای شکستن چالش‌های چندصد ساله‌ای که به عنوان یک نوع بشر ما را اذیت کرده‌اند، استفاده شوند، ممکن است همچنین تهدیدی برای مکانیزم‌های موجود که زیرساخت دیجیتال ما را تأمین می‌کنند، به وجود آورند و نیازمند توسعه روش‌های رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم برای حفاظت از اطلاعات حساس و ارتباطات باشند.

اما تا چه اندازه در وضعیت فعلی آن‌ها تهدیدی برای بیت‌کوین هستند؟ بیایید آن را بررسی کنیم.

آیا رایانه‌های کوانتومی می‌توانند رمزنگاری بیت‌کوین را بشکنند؟

پاسخ کوتاه این است… نه، اما ممکن است در چند دهه آینده پاسخ این سوال تغییر کند.

یک رایانه کوانتومی به اندازه کافی قدرتمند در نهایت قادر خواهد بود تا لایه‌های مختلف امنیتی که بلاک‌چین بیت‌کوین را تأمین می‌کنند، مانند هشینگ SHA-256 و الگوریتم امضای دیجیتال منحنی بیضوی (ECDSA) که برای ایجاد کیف‌پول‌ها و تراکنش‌های بیت‌کوین استفاده می‌شود، را بشکند.

این رایانه‌ها در حل نوعی از مسائل جستجوی غیرساختاریافته برتری دارند. در اصل، این بدان معناست که آن‌ها قادرند مجموعه‌های بزرگی از داده‌ها را به‌طور قابل توجهی سریع‌تر از رایانه‌های کلاسیک جستجو کنند.

وقتی این قابلیت پردازشی با استفاده از الگوریتم گروور متمرکز می‌شود، می‌تواند برای شکستن تابع هش SHA-256 با یافتن ورودی که هش خاص مورد نیاز برای شکستن آن را تولید می‌کند، استفاده شود.

شکستن ECDSA مشکل بسیار بزرگ‌تری خواهد بود، زیرا رایانه کوانتومی تنها می‌تواند از الگوریتم شور برای استخراج کلیدهای خصوصی از کلیدهای عمومی استفاده کند،  چیزی که برای رایانه‌های سنتی که به حملات بروت فورس متکی هستند، تقریباً غیرممکن است.

اگر ECDSA شکسته شود، حمله‌کننده ممکن است بتواند کلیدهای خصوصی را از کلیدهای عمومی استخراج کرده و بدین ترتیب کنترل بیت‌کوین‌های نگهداری شده در این آدرس‌ها را به دست آورده و تراکنش‌ها را جعل کند. با این حال، برخی از انواع آدرس‌های بیت‌کوین (مانند آدرس‌های Bech32) لایه‌ای اضافی از امنیت در برابر حملات کوانتومی ارائه می‌دهند.

بر اساس تحلیل Deloitte، حدود ۲۰٪ از عرضه بیت‌کوین در حال حاضر در معرض این نوع حمله آسیب‌پذیر است. با این وجود، طراحی چنین سیستمی همچنان فراتر از توانایی‌های فعلی ما است و این چیزی است که احتمالاً تا چندین دهه آینده تغییر نخواهد کرد.

بر اساس تخمین‌های دانشمندان دانشگاه Sussex، یک رایانه کوانتومی به بیش از ۱.۹ میلیارد کیوبیت نیاز دارد تا SHA-256 را در عرض ۱۰ دقیقه بشکند، در حالی که شکستن ECDSA 256 در عرض یک روز نیازمند حدود ۱۳ میلیون کیوبیت است. این عدد برای شکستن ECDSA 256 در عرض یک ساعت به ۳۰۰ میلیون کیوبیت افزایش می‌یابد. با این حال، یک مقاله پیشنهاد می‌کند که تنها ۱۵۳۶ کیوبیت کاملاً اصلاح‌شده (که به عنوان کیوبیت منطقی شناخته می‌شوند) می‌تواند به طور نظری بیت‌کوین را بشکند.

از آنجا که خطر خطاها با افزایش تعداد کیوبیت‌ها در یک رایانه کوانتومی افزایش می‌یابد، نیاز به توسعه فناوری‌های پیشرفته اصلاح خطا و بهبود هم‌گونی کیوبیت‌ها وجود دارد و این مسئله همچنان یک مشکل مهندسی و نظری حل نشده است.

اگر رایانه‌های کوانتومی بتوانند به توان محاسباتی لازم برای شکستن ECDSA دست یابند، تقریباً همه چیزهایی که به روش‌های رمزنگاری و/یا رمزنگاری منحنی بیضوی متکی هستند در معرض خطر قرار خواهند گرفت که شامل شبکه‌های ارتباطی اینترنت و موبایل، داده‌های رمزنگاری شده، شبکه‌های VPN، شناسایی بیومتریک و موارد دیگر می‌شود. به عبارت دیگر، اگر چنین رایانه کوانتومی به زودی اختراع شود، تأثیر آن بر بیت‌کوین آخرین چیزی خواهد بود که نگران آن خواهید بود.

آیا بلاک‌چین‌ها می‌توانند امنیت خود را ارتقا دهند؟

در حال حاضر، از نظر فنی امکان‌پذیر است که یک رایانه کوانتومی بسیار پیشرفته در نهایت مکانیزم‌های تأمین امنیت بلاک‌چین بیت‌کوین را بشکند.

خوشبختانه، شبکه بیت‌کوین با گذشت زمان به تدریج پیشنهادات بهبود بیت‌کوین (BIP) را در بر می‌گیرد و تکامل می‌یابد. همان‌طور که از نام آن‌ها پیداست، این‌ها پیشنهاداتی هستند که توسط جامعه ارائه شده‌اند و برخی از آن‌ها ممکن است بر نحوه عملکرد پلتفرم در سطح بنیادی تأثیر بگذارند. برای اجرای یک BIP مقاوم در برابر کوانتوم، باید توسط توسعه‌دهندگان ارزیابی، توسط اپراتورهای نود پذیرفته و توسط ماینرها اجرا شود، که نیازمند اجماع گسترده‌ای میان شرکت‌کنندگان است.

بسته به اهمیت ارتقا، زنجیره جدید مقاوم در برابر کوانتوم می‌تواند با نسخه‌های قبلی بلاک‌چین بیت‌کوین سازگار معکوس باشد و بنابراین فقط نیازمند یک سافت فورک برای اجرا باشد. در حال حاضر نیز پیشنهاداتی برای انتقال بیت‌کوین به رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم وجود دارد.

برای این پیشنهاد میتوان BIP-360 را مثال زد که به معرفی P2QRH (پرداخت به هش مقاوم در برابر کوانتوم) — نوعی رمزنگاری مبتنی بر ایزوژنی — می‌پردازد. این روش شامل فاکتورگیری اعداد صحیح نیست، در برابر الگوریتم شور مقاوم است و هیچ الگوریتم کوانتومی مؤثری برای حل آن وجود ندارد.

در واقع، چندین بلاک‌چین در حال حاضر ادعا می‌کنند که درجات مختلفی از مقاومت در برابر کوانتوم را ارائه می‌دهند. از جمله این بلاک‌چین‌ها می‌توان به Quantum Resistant Ledger (QRL)، IOTA (IOTA) و Nervos Network (CKB) اشاره کرد، هرچند هیچ‌کدام تا به حال نیازی به مقاومت در برابر حملات کوانتومی نداشته‌اند.

لیست توکن های مقاوم در برابر کوانتوم