Skip to content Skip to footer

کامپیوترهای کوانتومی چگونه آینده‌ی رمزارزها را به چالش می‌کشد؟

کامیپوترهای کوانتومی ماشین های قدرتمندی هستند که می‌توانند بسیار سریع تر از رایانه‌های معمولی معادلات بسیار پیچیده را حل کنند. سرعت این کامپیوترها تا حدی است که برخی از کارشناسان معتقدند که شکستن رمزنگاری هایی که با کامپیوترهای امروزی هزاران سال زمان‌بر است به کمک کامپیوترهای کوانتومی تنها چند دقیقه طول خواهد کشید. در نتیجه، بیشتر زیرساخت‌های امنیت دیجیتال امروزی می‌تواند در معرض خطر باشد. این مسئله شامل رمزارزها و بیت کوین نیز هست. 

در ادامه می‌توانید در خصوص تفاوت رایانه‌های کوانتومی با رایانه‌های معمولی و خطرات آن‌ها برای ارزهای دیجیتال و همچنین زیرساخت‌های دیجیتال بیشتر بخوانید.

رمزنگاری نامتقارن و امنیت اینترنت

رمزنگاری نامتقارن یا رمزنگاری کلید عمومی، یکی از مؤلفه‌های مهم اکوسیستم رمزارزها و عمده زیرساخت‌های اینترنتی است. این شیوه برای رمزگذاری و رمزگشایی اطلاعات به یک جفت کلید متکی است. یک کلید عمومی برای رمزگذاری و یک کلید خصوصی برای رمزگشایی. در مقابل، رمزنگاری کلید متقارن فقط از یک کلید برای رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها استفاده می‌کند.

یک کلید عمومی بدون محدودیت می‌تواند به اشتراک گذاشته‌شده و برای رمزگذاری اطلاعات مورد استفاده قرار گیرد. این اطلاعات رمزگذاری شده تنها با کلید خصوصی مربوطه رمزگشایی خواهد شد. در چنین شرایطی می‌توانید مطمئن باشید که تنها گیرنده مورد نظر می‌تواند به اطلاعات رمزگذاری شده دسترسی پیدا کند.

یکی از مزایای اصلی رمزنگاری نامتقارن، توانایی تبادل اطلاعات بدون نیاز به اشتراک‌گذاری کلید مشترک در یک کانال غیرقابل‌اعتماد است. بدون این توانایی حیاتی، حفظ امنیت اطلاعات اصلی و بنیادی در اینترنت غیرممکن است. به‌عنوان‌مثال بانکداری آنلاین را بدون توانایی رمزگذاری ایمن اطلاعات بین طرفین تصور کنید. در چنین شرایطی هرکس تنها با داشتن شماره کارت فرد، می‌تواند به حساب او دسترسی داشته باشد. 

بخشی از امنیت رمزنگاری نامتقارن متکی بر این فرض است که الگوریتم تولیدکننده جفت کلید، شناسایی و ساخت کلید خصوصی از کلید عمومی را فوق‌العاده دشوار می‌کند، این در حالی است که شناسایی کلید عمومی از کلید خصوصی بسیار ساده است. در ریاضیات به این تابع trapdoor گفته می‌شود، زیرا محاسبه آن در یک جهت آسان است اما در جهت دیگر دشوار است.

در حال حاضر، بیشتر الگوریتم‌های مدرن مورد استفاده برای تولید جفت کلید (کلید عمومی و خصوصی) بر اساس توابع trapdoor است. توابع  trapdoor به دشواری در رمزگشایی مشهورند. شکستن این رمزها برای کامپیوترهای موجود در حال حاضر بسیار مشکل است. انجام این محاسبات و رمزگشایی حتی برای قدرتمندترین ماشین‌ها نیز تا حد قابل‌توجهی زمان‌بر است.

با این حال، ممکن است به زودی با توسعه سیستم‌های جدید محاسباتی که به نام کامپیوترهای کوانتومی معروف‌اند همه چیز تغییر کند. برای درک اینکه چرا کامپیوترهای کوانتومی بسیار قدرتمند هستند، ابتدا نحوه کار رایانه‌های معمولی را بررسی کنیم.

کامپیوترهای کلاسیک یا معمولی

کامپیوترهایی که امروزه با آن‌ها سروکار داریم را می‌توان کامپیوترهای کلاسیک نامید. این به این معنی است که امور محاسباتی در این نوع کامپیوترها به ترتیب متوالی انجام می‌شوند؛ ابتدا یک کار محاسباتی اجرا  و انجام می‌شود سپس می‌توان کار یا Task دیگری را شروع کرد. این مسئله به این دلیل است که حافظه در یک کامپیوتر کلاسیک باید از قوانین فیزیک پیروی کند و تنها می‌تواند حالت ۰ یا ۱ (خاموش یا روشن) داشته باشد.

روش‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری مختلفی وجود دارد که به کامپیوترها اجازه می‌دهد تا محاسبات پیچیده را به قسمت‌های کوچک‌تری تقسیم کنند و به‌این‌ترتیب بازدهی بالاتری داشته باشند. با این حال، اساس کار کامپیوتر تفاوت چندانی ندارد. یک کار محاسباتی باید پیش از شروع کار دیگری به پایان رسیده باشد.

برای درک بیشتر مثال زیر را بررسی می‌کنیم: 

در اینجا قرار است که کامپیوتر یک کلید ۴ بیتی را حدس بزند. هر ۴ بیت می‌تواند ۰ یا ۱ باشد. همان‌طور که در جدول نشان داده شده است ۱۶ ترکیب ممکن وجود دارد:

یک  کامپیوتر کلاسیک باید هر ترکیب را جداگانه حدس بزند. تصور کنید که یک قفل و ۱۶ کلید روی یک جاکلیدی دارید. هر یک از ۱۶ کلید باید جداگانه امتحان شوند. اگر اولین کلید، قفل را باز نکند شما می‌توانید به سراغ کلید بعدی بروید و سپس کلید بعدی را امتحان کنید تا قفل باز شود.

 با رشد طول رشته کلید ، تعداد ترکیبات احتمالی به صورت نمایی رشد می‌کند. در مثال بالا ، اضافه کردن یک بیت اضافی برای افزایش طول رشته کلید به ۵ بیت، منجر به وجود آمدن ۳۲ ترکیب احتمالی می‌شود. افزایش آن به ۶ بیت منجر به ۶۴ ترکیب احتمالی می‌شود. با ۲۵۶ بیت، تعداد ترکیبات احتمالی نزدیک به تعداد تخمینی اتم‌ها در کل جهان می‌شود.

این در حالی است که سرعت پردازش محاسباتی تنها به صورت خطی رشد می‌کند. دو برابر شدن سرعت پردازش کامپیوتر، تنها منجر به دو برابر شدن تعداد حدس‌هایی می‌شود که می‌توان در یک زمان معین حدس زد. رشد نمایی به مراتب از هرگونه پیشرفت خطی در حدس زدن، پیشی خواهد گرفت.

بنابراین گفته می‌شود که یک سیستم محاسباتی کلاسیک برای حدس یک کلید ۵۵ بیتی به هزاران سال زمان نیاز دارد. این در حالی است که مینیموم اندازه توصیه شده برای هسته بیت کوین ۱۲۸ بیت است، کیف پول‌ها هم ۲۵۶ بیت را پیاده‌سازی کرده‌اند.

این‌طور به نظر می‌رسد که محاسبات کلاسیک تهدیدی برای رمزگذاری نامتقارن محسوب نمی‌شود، بنابراین ارزهای دیجیتال و زیرساخت‌های اینترنتی از محاسبات کلاسیک در امان هستند.

کامپیوترهای کوانتومی

در حال حاضر دسته‌ای از کامپیوترها در مراحل ابتدایی توسعه خود هستند که حل چنین مسائلی برایشان بسیار پیش‌پاافتاده خواهد بود.این دسته از رایانه‌ها با نام کامپیوترهای کوانتومی شناخته می‌شوند. رایانه‌های کوانتومی مبتنی بر اصول بنیادین توصیف‌شده در تئوری مکانیک کوانتوم کار می‌کنند که مربوط به نحوه و چگونگی رفتار ذرات زیر اتمی است.

در کامپیوترهای کلاسیک، یک بیت برای نشان دادن داده استفاده می‌شود. یک بیت می‌تواند در حالت ۰ یا ۱ داشته باشد. رایانه‌های کوانتومی با بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت کار می‌کنند. کیوبیت واحد اصلی داده در کامپیوتر کوانتومی است. درست مثل یک بیت، یک کیوبیت می‌تواند در حالت ۰ یا ۱ داشته باشد.  اما به لطف خاصیت پدیده‌های مکانیکی کوانتوم، وضعیت کیوبیت می‌تواند به طور هم‌زمان هم  ۰ و هم ۱ باشد.

این امر باعث به وجود آمدن انگیز‌های زیادی در امر تحقیق و توسعه در زمینه محاسبات کوانتومی شده است. هم دانشگاه‌ها و هم شرکت‌های خصوصی با صرف وقت و هزینه، در حال تلاش برای کشف نقاط پنهان این رشته جدید و مهیج هستند.

اگرچه یکی از مشکلاتی که کامپیوترهای کوانتومی به وجود می‌آورند این است که الگوریتم‌هایی که اساسشان رمزنگاری نامتقارن است  را به سادگی حل کرده و اصطلاحاً رمز آن‌ها را می‌شکنند.

بیایید مثال شکستن کلید ۴ بیتی را دوباره در نظر بگیریم. یک کامپیوتر ۴ کیوبیتی از نظر تئوری قادر است هر ۱۶ حالت (ترکیب) را هم‌زمان با یک  Task محاسباتی  انجام دهد. در نتیجه کلید صحیح، ۱۰۰٪ در همین یک تسک در زمان معین برای این محاسبات پیدا خواهد شد.

رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم

ظهور فناوری محاسبات کوانتومی می‌تواند رمزنگاری، زیربنای بیشتر زیرساخت‌های دیجیتال مدرن ما ، از جمله رمزارزها را تضعیف کند.

این امر می‌تواند بخش‌های مختلفی را تحت شعاع قرار دهد که امنیت، بخش‌های عملیاتی و ارتباطاتی کل جهان تنها بخشی از آن است. از دولت‌ها و شرکت‌های چندملیتی گرفته تا یک کاربر معمولی ممکن است تحت تأثیر قرار گیرند. جای تعجب نیست که میزان قابل‌توجهی از تحقیقات صرف تحقیق و توسعه و اقدامات متقابل با این فناوری می‌شود.به آن دسته از الگوریتم‌های رمزنگاری که تصور می‌شود در برابر تهدید کامپیوترهای کوانتومی ایمن هستند، الگوریتم‌های مقاوم در برابر کوانتوم گفته می‌شود.

در حال حاضر راه‌ها و روش‌های مختلفی از جمله افزایش ساده طول رشته کلید با رمزنگاری متقارن پیشنهادشده است که ممکن است به دلیل به وجود آمدن کلیدهای مشترک باعث بروز مشکلات فراوان دیگری شود. اگرچه این مشکل می‌تواند به کمک خود رمزنگاری کوانتومی حل شود. پیشرفت‌هایی هم در این جهت و برای جلوگیری از ایجاد کلیدهای یکسان به کمک کامپیوترهای کوانتومی حاصل‌شده است. در حال حاضر این امکان وجود دارد که متوجه شوید که آیا یک کلید متقارن قبلاً توسط شخص ثالث خوانده یا دستکاری‌شده است یا خیر.

راه‌های دیگری برای تحقیق در جهت بررسی حملات احتمالی مبتنی بر کامپیوترهای کوانتومی وجود دارد. این‌ها می‌تواند شامل تکنیک‌های اولیه مانند هش کردن برای ایجاد پیام‌های با حجم بزرگ یا روش‌های دیگر مانند رمزنگاری مشبک یا رمزنگاری مبتنی بر شبکه‌بندی‌های منظم باشد. هدف همه این تحقیقات ایجاد نوعی رمزگذاری است که شکستن آن برای کامپیوترهای کوانتومی دشوار باشد.

کامپیوترهای کوانتومی و استخراج بیت کوین

استخراج بیت کوین نیز از علوم رمزنگاری استفاده می‌کند. ماینرها در ازای دریافت پاداش بلوک برای حل یک معمای رمزنگاری در حال رقابت هستند. اگر یک ماینر به کامپیوتر کوانتومی دسترسی پیدا کند، ممکن است بر تمامی شبکه تسلط پیدا کند. این موضوع می‌تواند باعث کاهش تمرکززدایی شبکه شده و به طور بالقوه شبکه را در معرض حمله ۵۱٪ قرار دهد.

با این حال، به گفته برخی از کارشناسان، این تهدیدی نیست که به‌سرعت بیت کوین را تحت تأثیر قرار دهد. دستگاه‌های ASIC می‌توانند از اثر چنین حمله‌ای حداقل برای آینده‌ای کوتاه مدت بکاهند. همچنین، اگر چندین ماینر به کامپیوترهای کوانتومی دسترسی پیدا کنند، خطر حمله ۵۱% به میزان قابل‌توجهی کاهش می‌یابد.

سخن پایانی

تهدید توسعه محاسباتی کوانتومی برای پیاده‌سازی سیستم فعلی رمزگذاری نامتقارن به نظر بسیار جدی می‌رسد. با این وجود نباید فراموش کرد که این تهدید چندان نزدیک نیست و پیش از تحقق کامل آن، موانع عظیم نظری و مهندسی بسیاری باید حل شود.

با توجه به خطرات بزرگ موجود در امنیت اطلاعات، منطقی است که مقدماتی در برابر حملات احتمالی آینده تدارک دیده شود. خوشبختانه ، تحقیقات بسیار زیادی در مورد راه‌حل‌های بالقوه انجام‌شده که می‌تواند در سیستم‌های موجود پیاده‌سازی شود. این راه‌حل‌ها از منظر تئوری می‌توانند زیرساخت‌های حیاتی ما را در مقابل تهدید کامپیوترهای کوانتومی در آینده محافظت کنند.

استانداردهای مقاوم در برابر کوانتوم می‌توانند به همان روشی که رمزگذاری سرتاسری (end-to-end) از طریق مرورگرهای معروف و برنامه‌های پیام‌رسان اجرا می‌شود، در بین عموم مردم توزیع شوند. پس از نهایی شدن و اجرایی شدن این استانداردها، اکوسیستم رمزارزها می‌تواند ادغام قویترین شکل دفاعی ممکن را در برابر این حمله به راحتی انجام بدهد. 

آیا این مطلب مفید بود؟ ۳۳ نظر

۵ ۳۳
کامپیوترهای کوانتومی چگونه آینده‌ی رمزارزها را به چالش می‌کشد؟