تهدیدکامپیوتر های کوانتومی برای ارزهای دیجیتال

در خصوص این مطلب ابتداباید به تفاوت بین کامپیوترهای کوانتومی و کامپیوترهای معمولی بپردازیم و سپس مخاطراتی را که این کامپیوترها می‌توانند برای ارزهای دیجیتال و سایر زیرساخت‌های دیجیتالی ایجاد کنند بررسی کنیم.

کامپیوترهای کوانتومی ابزاری بسیارقدرتمند هستند که توانایی آنها برای حل مسائل پیچیده ،بیشتر از کامپیوترهای معمولی است و به گفته برخی متخصصین این توانایی باعث ایجاد نگرانی هایی در فضای دیجیتال هم شده است. برخی از کارشناسان برآورد می‌کنند که این کامپیوترها می‌توانند رمزهای ایجاد شده به روش رمزگذاری را در عرض چند دقیقه بشکنند؛ کاری که سریع‌ترین کامپیوترهای امروزی برای انجام آن به حداقل هزار سال زمان نیاز دارند. بنابراین احتمال اینکه این کامپیوترهای جدید امنیت فضای دیجیتال مخصوصا رمزنگاری بنیادین بیت کوین و سایر ارزهای دیجیتال را در مدت زمان کوتاهی در معرض خطر قرار دهند زیاد است.

رمزنگاری نامتقارن و امنیت اینترنت

رمزنگاری نامتقارن (که به رمزنگاری کلید عمومی هم معروف است) مؤلفه‌ای بسیار مهم از اکوسیستم ارز دیجیتال و زیرساخت اینترنت است. این کار با یک جفت کلید، برای رمزگذاری و رمزگشایی اطلاعات انجام می‌شود که به ترتیب کلید عمومی و کلید خصوصی نامیده می‌شوند. این امر تضمین می‌کند که فقط دارنده کلید می‌تواند به اطلاعات دسترسی پیدا کند. یکی از مزایای اصلی رمزنگاری نامتقارن، امکان تبادل اطلاعات بدون نیاز به به اشتراک‌گذاری کلید عمومی در مجرایی است که اعتماد در آن وجود ندارد. بدون این قابلیت بسیار مهم، غیرممکن است که بتوانیم امنیت اطلاعات را در اینترنت برقرار کنیم.

رمزنگاری نامتقارن به این دلیل ایمن است که در آن الگوریتم ایجاد جفت کلیدها طوری است که محاسبه کلید خصوصی از روی کلید عمومی را بی‌نهایت دشوار می‌کند، در حالی‌که محاسبه کلید عمومی از روی کلید خصوصی به راحتی امکان‌پذیر است. به این مثال توجه کنید: پاسخ ۲۵۰ به اضافه ۲۵۰ مسلماً برابر است با ۵۰۰، اما چند حالت وجود دارد که جمع دو عدد با هم ۵۰۰ شود؟ بدیهی است که انتخاب‌های زیادی وجود دارد. این چیزی است که در ریاضیات آن را تابع دریچه (Trapdoor Function) می‌نامند. تابعی که محاسبه آن از یک سو بسیار آسان و از سوی دیگر بسیار دشوار است.

در مقابل، رمزنگاری متقارن را داریم که فقط از یک کلید برای رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها استفاده می‌کند.

در حال حاضر، پیشرفته‌ترین الگوریتم‌ها برای تولید جفت کلید، بر مبنای تابع دریچه عمل می‌کنند. حل این توابع دریچه، در یک بازه زمانی برای کامپیوترهای فعلی امکان‌پذیر نیست. انجام این محاسبات حتی برای قدرتمندترین ماشین‌ها هم زمان بسیار زیادی را می‌طلبد.با پیشرفت سیستم‌های محاسباتی جدید با عنوان کامپیوترهای کوانتومی، احتمالا شرایط به زودی تغییر خواهد کرد.

 نحوه محاسبه در کامپوتر های کلاسیک:

کامپیوترهایی که همه ما آنها را می‌شناسیم و از آنها استفاده می‌کنیم، کامپیوترهای کلاسیک نامیده می‌شوند. محاسبات در این کامپیوترها به صورت ترتیبی (متوالی) انجام می‌شود، یعنی ابتدا یک کار محاسباتی انجام می‌گیرد و پس از اینکه به پایان رسید، محاسبه بعدی شروع می‌شود. دلیلش این است که حافظه کامپیوترهای کلاسیک باید از قوانین فیزیک پیروی کند و بنابراین می‌تواند فقط یکی از دو حالت ۰ یا ۱ را بپذیرد (روشن یا خاموش).

سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای مختلف، به کامپیوترها امکان می‌دهند محاسبات پیچیده را به تکه‌های کوچکتری تبدیل کنند تا بازدهی سیستم افزایش یابد. اما اصل کار تغییر نمی‌کند، همیشه باید یک کار محاسباتی به پایان برسد تا بعدی آغاز شود.

برای درک بهتر یک مثال بزنیم:

حال فرض کنید یک کامپیوتر بخواهد یک کلید ۴ بیتی را حدس بزند. هر یک از چهار بیت می‌تواند ۰ یا ۱ باشد. کامپیوتر کلاسیک در هر زمان می‌تواند فقط یک حدس بزند و هر یک را جداگانه امتحان کند.

 اگرمطلب هنوز برایتان مبهم است، این‌طور فرض کنید که یک قفل با یک دسته کلید دارید که ۱۶ کلید دارد. هر یک از ۱۶ کلید را باید جداگانه امتحان کنید. اگر اولی قفل را باز نکرد، بعدی را امتحان می‌کنید و همین‌طور تا آخر.

نحوه پردازش در یک رایانه کلاسیک

در کامپیوترهای کلاسیک هم وضع به همین منوال است. در واقع هر چه طول کلید بیشتر می‌شود، تعداد حالت‌های ترکیبیِ ممکن به شکل نمایی رشد می‌کند. در مثال بالا، با اضافه کردن فقط یک بیت که کلید را ۵ بیتی خواهد کرد، تعداد حالت‌ها از ۱۶ به ۳۲ خواهد رسید. افزودن یک بیت دیگر ۶۴ حالت ممکن را پیش‌روی ما خواهد گذاشت. و شگفت انگیز است که بدانیم،برآورد شده است با ۲۵۶ بیت، تعداد حالت‌های ممکن به اندازه تعداد اتم‌های جهان خواهد بود. می‌توانید تصور کنید با چه رقم بزرگی مواجه هستیم؟

برآورد شده است که یک سیستم محاسباتی کلاسیک برای حدس زدن یک کلید ۵۵ بیتی به هزار سال زمان نیاز دارد. حداقل اندازه توصیه شده برای یک عبارت بازیابی (Seed) در بیت کوین ۱۲۸ بیت و برای بسیاری از کیف پول‌ها ۲۵۶ بیت است. این بدان معناست که حدس زدن این عبارت‌ها تقریبا غیرممکن است. بنابراین به نظر می‌رسد که محاسبات کلاسیک نمی‌توانند رمزنگاری نامتقارن را که در ارزهای دیجیتال و زیرساخت‌های اینترنتی به کار می‌رود تهدید کنند.

کامپیوترهای کوانتومی

کامپیوترهای کوانتومی دسته‌ای از کامپیوترها با مکانیزم بسیار پیچیده هستند که حل مسائل ذکر شده برایشان بسیار ساده است. این کامپیوترها هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارند.

اصول شکل گیری کامپیوترهای کوانتومی ، همان اصول مربوط به نحوه رفتار ذرات زیر اتمی هستند که از طریق نظریه مکانیک کوانتوم می‌توان آنها را توضیح داد.

در کامپیوترهای کلاسیک، برای نشان دادن اطلاعات از بیت استفاده می‌شود که می‌تواند یکی از دو مقدار ۰ یا ۱ را بپذیرد. کامپیوترهای کوانتومی با بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت (Qubit) کار می‌کنند. کیوبیت واحد پایه پردازش کوانتومی اطلاعات در کامپیوترهای کوانتومی است. درست مانند بیت، کیوبیت هم می‌تواند دو مقدار ۰ یا ۱ را بپذیرد، با این تفاوت که به لطف رفتار عجیب و غریب پدیده مکانیک کوانتومی، کیوبیت می‌تواند همزمان هر دو مقدار ۰ و ۱ را داشته باشد.

متأسفانه یکی از جوانب منفی کامپیوترهای کوانتومی این است که احتمال دارد بتوانند به راحتی الگوریتم‌هایی را که اساس رمزنگاری نامتقارن را تشکیل می‌دهند حل کنند. این کار سیستم‌هایی را که بر مبنای این الگوریتم‌ها بنا شده‌اند در معرض خطر قرار می‌دهد.

رمزنگاری مقاوم در برابر کامپیوترهای کوانتومی

الگوریتم‌های رمزنگاری که قرار است در برابر تهدید کامپیوترهای کوانتومی ایمن باشند، الگوریتم‌های «مقاوم در برابر کوانتوم» نامیده می‌شوند.توسعه فناوری محاسبات کوانتومی می‌تواند به رمزنگاری نامتقارن که پایه و اساس بیشتر زیرساخت‌های دیجیتال نوین ما از جمله ارزهای دیجیتال را تشکیل می‌دهد آسیب برساند. این فناوری می‌تواند امنیت، عملیات و ارتباطات کل جهان از حکومت‌ها و شرکت‌های چند ملیتی گرفته تا کاربران عادی را در معرض خطر قرار دهد. به همین دلیل تعجبی ندارد که این همه تحقیقات برای یافتن اقدامات متقابل در برابر این فناوری در دست انجام است.

همانطور که می‌دانید در رمزنگاری متقارن فقط یک کلید وجود دارد که از آن برای رمزنگاری و رمزگشایی استفاده می‌شود. به اشتراک‌گذاری این کلید عمومی در مجرای باز با مخاطراتی همراه است. به همین دلیل این شیوه کنار گذاشته شد و رمزنگاری نامتقارن جای آن را گرفت. به دلیل رابطه ریاضی بین دو کلید در رمزنگاری نامتقارن، طول کلید عمومی در این روش باید خیلی بیشتر از طول کلید در رمزنگاری متقارن باشد تا سطح بالایی از امنیت را ارائه دهد. به همین دلیل پس از روی کار آمدن کامپیوترهای کوانتومی، شاید مجبور شویم دوباره از رمزنگاری متقارن استفاده کنیم.از سوی دیگر، تحقیقاتی برای یافتن روش‌های مقابله با شنود در حال انجام است. شنودها در یک مجرای عمومی باز با همان اصول و روش‌هایی که برای توسعه کامپیوترهای کوانتومی لازم است قابل شناسایی خواهند بود. احتمالا با این روش می‌توان فهمید یک کلید عمومی متقارن قبلا از سوی یک شخص ثالث خوانده و دستکاری شده است یا نه.

به جز اینها، تحقیقات دیگری هم برای مقابله با حملات احتمالی مبتنی بر کوانتوم در دست بررسی است. این تحقیقات روی روش‌هایی مانند هشینگ (استفاده از تابع درهم‌سازی) برای ایجاد پیام‌هایی با اندازه بزرگ، رمزنگاری مشبک‌بنیان (Lattice-based) و نظایر آنها متمرکز است. هدف تمامی این تحقیقات ایجاد انواع روش‌های رمزگذاری است که شکستن آنها برای کامپیوترهای کوانتومی دشوار باشد.

کامپیوترهای کوانتومی و استخراج بیت کوین

همانطور که میدانید در استخراج بیت کوین هم از رمزنگاری استفاده می‌شود. ماینرها محاسباتی را برای حل یک معمای رمزنگاری در ازای به دست آوردن پاداش بلاک انجام می‌دهند. اگر یک ماینر به تنهایی به کامپیوتر کوانتومی دست یابد، ممکن است بر کل شبکه تسلط پیدا کند. این کار غیرمتمرکز بودن شبکه را کاهش می‌دهد و به این ترتیب احتمالا شبکه در معرض خطر حمله ۵۱ درصدی قرار خواهد گرفت.

با این حال، با توجه به گفته برخی کارشناسان دستگاه‌های ای‌سیک (مدارهای مجتمع با کاربرد خاص) می‌توانند تأثیر چنین حمله‌ای را حداقل در آینده نزدیک کاهش دهند.  علاوه بر آن، اگر چندین ماینر به کامپیوترهای کوانتومی دست یابند، خطر چنین حمله‌ای به شکل قابل‌توجهی کاهش می‌یابد. بنابراین، این تهدید شاید آخرین چیزی است که باید نگرانش باشیم.

سخن آخر:

به نظر می‌رسد به نتیجه رسیدن درباره اینکه محاسبات کوانتومی چه مشکلاتی برای رمزگذاری نامتقارن فعلی ایجاد خواهند کرد نیازمند گذر زمان است. با این حال، موانع نظری و مهندسی بسیار بزرگی وجود که قبل از نگرانی برای تهدیدها ابتدا باید آنها را برطرف کرد.

از طرف دیگر منطقی است که از همین حالا اقداماتی را برای مقابله با بردارهای حمله در آینده آغاز کنیم. استانداردهای مقاوم در برابر کوانتوم می‌توانند به همان روشی که مرورگرهای شناخته‌شده و اپلیکیشن‌های پیام‌رسان خوشنام رمزگذاری را رونق بخشیدند، در دسترس عموم مردم قرار گیرند. پس از نهایی شدن این استانداردها، اکوسیستم ارز دیجیتال می‌تواند با قدرتمندترین دفاع ممکن در برابر این بردارهای حمله ادغام شود.خوشبختانه، تحقیقات گسترده‌ای روی راه‌حل‌های بالقوه در حال انجام شدن است که بعدها می‌توان این راه‌حل‌ها را در سیستم‌های موجود تعبیه کرد. این راه‌حل‌ها به لحاظ نظری می‌توانند از زیرساخت‌های حیاتی ما در برابر کامپیوترهای کوانتومی محافظت کنند و بعید است که با گذشت زمان رنگ کهنگی بگیرند.