پیشرفت کوانتومی گوگل: معنای آن برای امنیت بیتکوین
نویسنده: انسل لیندز
پیشرفتهای اخیر در محاسبات کوانتومی و امنیت بیتکوین
اعلامیه اخیر مدیر عامل گوگل، سوندار پیچای، درباره چیپ کوانتومی جدید آنها به نام "ویلو" موجهایی در جامعه سرمایهگذاری بیتکوین ایجاد کرده و برای شکاکان بیتکوین همچون طعمهای در آب بود. شرکت سرمایهگذاری گایگر توییتی ویروسی منتشر کرد که به شوخی اعلام کرد "بیتکوین مرده است"، اما بسیاری از شکاکان از این فرصت برای انتقاد از بیتکوین استفاده کردند. هر چند سال یک بار، شاید به تحریک اعلامیههای متوالی چیپهای گوگل، ترسهای محاسبات کوانتومی (QC) در چرخه خبری جلب توجه میکند. اما آیا این ترسها موجه هستند؟ آیا بیتکوین واقعاً در معرض خطر "شکسته شدن" توسط کامپیوترهای کوانتومی است؟
در این مقاله، اصول محاسبات کوانتومی، نحوه کارکرد طراحی رمزنگاری بیتکوین و دلیل اینکه چرا QC هنوز تهدید واقعی نیست را توضیح خواهم داد. همچنین بررسی خواهیم کرد که چگونه رمزنگاری بیتکوین میتواند در صورت نیاز تکامل یابد و این ترسها را در چشمانداز قرار دهد.
محاسبات کوانتومی ۱۰۱
در هسته خود، محاسبات کوانتومی رویکردی انقلابی برای حل مسائل ریاضی است. برخلاف کامپیوترهای کلاسیک که از بیتها (۰ و ۱) استفاده میکنند، کامپیوترهای کوانتومی از کیوبیتها استفاده میکنند که میتوانند در حالت ۰، ۱ یا هر دو به طور همزمان وجود داشته باشند - پدیدهای که به آن برهمنهی میگویند. این امکان را به کامپیوترهای کوانتومی میدهد تا برخی از انواع محاسبات را به صورت نمایی سریعتر از کامپیوترهای سنتی انجام دهند.
کامپیوترهای کوانتومی همچنین از درهمتنیدگی بهره میبرند، جایی که حالت یک کیوبیت مستقیماً به دیگری مرتبط است. آنها از الگوریتمهای کوانتومی از پیش طراحی شده مانند الگوریتمهای شور و گروور استفاده میکنند تا مسائل ریاضی را حل کنند که به طور نظری برای کامپیوترهای کلاسیک میلیاردها سال طول میکشد.
اما یک نکته وجود دارد: ماشینهای فعلی دارای خطا هستند، به شرایطی مانند دماهای نزدیک به صفر مطلق نیاز دارند و هنوز از مقیاسی که برای مقابله با سیستمهای رمزنگاری دنیای واقعی مانند رمزنگاری کلید عمومی یا بیتکوین لازم است، دور هستند.
رمزنگاری بیتکوین و تهدید کوانتومی
بیتکوین به الگوریتم رمزنگاری SHA-256 متکی است که امنیت استخراج اثبات کار، بلاکچین و کیف پولهای مدرن آن را تضمین میکند. این رمزنگاری تضمین میکند که بیتکوین به شدت در برابر حملات محاسبات سنتی برای بازنویسی تاریخ یا شکستن کلیدهای خصوصی و سرقت وجوه مقاوم است. به عنوان مثال، برای شکستن یک کلید خصوصی بیتکوین به ۲۵۶ عملیات نیاز است - عددی که آنقدر بزرگ است که عملاً غیرممکن است.
کامپیوترهای کوانتومی، به طور نظری، میتوانند از الگوریتم گروور استفاده کنند تا عملیات مورد نیاز را به ۲۱۲۸ کاهش دهند، که به طور اصولی مسئله را قابل دسترستر میکند. با این حال، این هنوز به منابع محاسباتی در مقیاسی نیاز دارد که انسانیت از دستیابی به آن دور است. به عنوان مثال، دانشگاه ساسکس تخمین میزند که شکستن SHA-256 در یک بازه زمانی عملی به ۱۳ میلیون تا ۳۱۷ میلیون کیوبیت نیاز دارد، بسته به سرعت مورد نظر عملیات. در مقایسه، چیپ ویلو گوگل تنها ۱۰۵ کیوبیت دارد.
علاوه بر این، توسعهدهندگان بیتکوین از همان ابتدا از تهدید بالقوه کوانتومی آگاه بودهاند. خالق بیتکوین، ساتوشی ناکاموتو، در سال ۲۰۱۰ به این تهدید اشاره کرد و صفحه محاسبات کوانتومی در ویکی بیتکوین در سال ۲۰۱۶ ایجاد شد. بهترین روشهای بیتکوین نیز با این نوع حمله در ذهن ایجاد شدهاند. استفاده از آدرسها تنها یک بار در کیف پولها استاندارد است، که مواجهه با این تهدیدها را به حداقل میرساند. کلیدهای عمومی و امضای مرتبط تنها زمانی که یک تراکنش ارسال میشود، اما قبل از تأیید آن، فاش میشوند، که به یک مهاجم کوانتومی تنها یک پنجره کوتاه برای به خطر انداختن کلید قبل از انتقال وجوه به یک کلید جدید در بلاک جدید میدهد.
هیاهوی کوانتومی در برابر واقعیت
فیزیکدان سابین هوسنفلدر ادعاهای برتری کوانتومی گوگل را اغراقآمیز دانسته است. او اشاره کرد که ادعاهای مشابه در سال ۲۰۱۹، که شامل یک چیپ ۵۰ کیوبیتی بود، به سرعت توسط IBM مورد سوال قرار گرفت و بعداً بر روی کامپیوترهای معمولی در یک بازه زمانی قابل مقایسه تکرار شد. به گفته او، در حالی که اعلامیه ویلو از نظر علمی چشمگیر است، "عواقب آن برای زندگی روزمره صفر است."
ریاضیدان و دانشمند کامپیوتر گیل کالای این نظر را تکرار کرد. در یک پست وبلاگ از روز اعلامیه ویلو، او به احتیاط توصیه کرد و گفت: "ادعاهای گوگل کوانتوم AI (از جمله موارد منتشر شده) باید با احتیاط مورد بررسی قرار گیرند، به ویژه آنهایی که از طبیعت فوقالعادهای برخوردارند. این ادعاها ممکن است از خطاهای روششناختی قابل توجهی ناشی شوند و به این ترتیب ممکن است انتظارات محققان را بیشتر از واقعیت علمی عینی منعکس کنند."
با بیشتر معیارها، محاسبات کوانتومی هنوز در مراحل ابتدایی خود قرار دارد. پیشرفتهایی مانند چیپ ویلو گوگل هنوز قادر به شکستن SHA-256 یا مختل کردن شبکه بیتکوین نیستند. مدتها قبل از رسیدن به آن نقطه، سایر سیستمهای رمزنگاری، مانند RSA و ECC - که به طور گسترده در خدمات مالی، پیامرسانی امن و برنامههای نظامی استفاده میشوند - احتمالاً به خطر میافتند، زیرا آنها در برابر حملات کوانتومی نسبت به الگوریتمهای هش مانند SHA-256 آسیبپذیرتر هستند. این بدان معناست که بیتکوین به طور قابل بحثی امنتر از بسیاری از سیستمهای سنتی امروزی است.
نیازهای انرژی و هزینههای عملیات محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ در ابتدا از نظر اقتصادی ممنوع خواهد بود و آنها را به دولتها یا شرکتهای بزرگ محدود میکند. این نهادها، با این حال، انگیزههای قوی برای جلوگیری از بیثبات کردن بازارها با استفاده از محاسبات کوانتومی به صورت مخرب دارند.
علاوه بر این، اگر محاسبات کوانتومی تهدید فوری برای بیتکوین بود، قبلاً در قیمت بازار آن منعکس میشد. اولین کیوبیتهای آزمایشی در سال ۱۹۹۸ نشان داده شدند، که یک دهه قبل از بیتکوین بود. این جدول زمانی توسعه طولانی به بازارها زمان کافی داده است تا مسیر بالقوه محاسبات کوانتومی و پیامدهای آن برای امنیت بیتکوین را در نظر بگیرند - حتی طراحی بیتکوین را از ابتدا تحت تأثیر قرار داده است.
بیتکوین میتواند در صورت لزوم تطبیق یابد
کامپیوترهای کوانتومی نمایانگر یک مرز هیجانانگیز در فناوری هستند، اما هنوز از ایجاد یک تهدید معتبر برای رمزنگاری بیتکوین دور هستند. با پیشرفت QC، بیتکوین ممکن است آسیبپذیر شود، اما تنها پس از حمله به سایر سیستمهای رمزنگاری با رمزنگاری ضعیفتر، مانند بانکها و برنامههای نظامی. پیشرفت QC نامشخص است، اما با توجه به بهبودهای پنج سال گذشته، این نگرانی هنوز دههها فاصله دارد. در این میان، بیتکوین قبلاً راهحلهای موجود دارد. طبیعت غیرمتمرکز آن اجازه میدهد تا بهروزرسانیهای پروتکل از نوع لازم برای رسیدگی به این آسیبپذیریها انجام شود. الگوریتمهای مقاوم در برابر کوانتوم مانند امضاهای لمپورت و انواع آدرسهای جدید از طریق فورکهای نرم سالهاست که مورد بحث قرار گرفتهاند.
آخرین مرثیهها برای بیتکوین در اطراف اعلامیه چیپ ویلو بیشتر درباره تعصب تأییدی در میان شکاکان است تا هر گونه نقص در بیتکوین. بیتکوین مرده نیست. دور از آن. با رمزنگاری موجود قوی و یک مسیر واضح به مقاومت در برابر کوانتوم در صورت نیاز، بیتکوین از سایر فناوریهایی که به طور بالقوه در برابر تهدید محاسبات کوانتومی آسیبپذیر هستند، مقاومتر و آیندهنگرتر است.