بررسی تاثیر کامپیوتر‌های کوانتومی بر ارزهای دیجیتال

کامپیوترهای کوانتومی نوع جدیدی از کامپیوترها هستند که قرار است جایگزین کامپیوترهای فعلی شوند. این کامپیوترها انقلابی در محاسبات ماشینی ایجاد خواهند کرد و به زودی در بسیاری از عرصه‌های فناوری جای خود را باز می‌کنند. یکی از این حوزه‌هایی که ممکن است تحت تاثیر توان پردازشی این کامپیوترها قرار بگیرد، ارز دیجیتال است. کامپیوترهای کوانتومی و ارز دیجیتال هم می‌توانند هم اثر مثبت روی یکدیگر داشته باشند و هم می‌توانند برای هم تهدید ایجاد کنند. بعضی از علاقمندان به ارزهای دیجیتال خوش‌بین هستند که این کامپیوترها در پردازش تراکنش‌ها به بلاکچین کمک کند و برخی دیگر نگران این هستند که توان پردازشی کوانتومی بتواند الگوریتم‌های رمزنگاری را بشکند. ما در این مطلب قرار است در این مورد صحبت کنیم و همه چیز درباره این کامپیوترها را مرور کنیم و ببینیم چگونه می‌توانند در فناوری بلاکچین ادغام شوند. با ما همراه باشید. 

کامپیوتر کوانتومی چیست؟ 

کامپیوترهای کوانتومی، کامپیوترهای جدیدی هستند که بر اساس اصول مکانیک کوانتومی، محدودیت‌های قدرت محاسباتی را از بین برده‌اند. در کامپیوترهای مرسوم فقط دو حالت‌ 0 یا 1 می‌تواند وجود داشته باشد که به معنای قطع یا وصل بودن جریان ورودی هر بخش محاسبات کامپیوتر است. 

کامپیوترهای کوانتومی از بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها استفاده می‌کنند که می‌توانند وضعیت هر دو حالت نسبت به هم را به طور همزمان ثبت کنند. این ویژگی به کامپیوترهای کوانتومی اجازه می‌دهد تا تعداد زیادی از احتمالات را به صورت موازی پردازش کنند و افزایش تصاعدی محاسبات داشته باشند.

درهم تنیدگی، یکی دیگر از پدیده‌های کلیدی کوانتومی، نقشی اساسی در محاسبات کوانتومی دارد. این ویژگی کاری می‌کند که کیوبیت‌ها با یکدیگر همبستگی پیدا کنند و موقعیت دو حالت را بدون اندازه‌گیری و از طریق خواص آن‌ها فهمید. این به هم پیوستگی به کامپیوترهای کوانتومی اجازه می‌دهد تا محاسبات پیچیده را با استفاده از حالت‌های جمعی کیوبیت‌های درهم‌تنیده انجام دهند و قابلیت‌های محاسبات بسیار بالاتر برود. با این حال، کامپیوترهای کوانتومی و ارز دیجیتال چالش‌هایی با هم خواهند داشت. توان پردازشی بالای کامپیوترهای کوانتومی تهدیدی برای روش‌های رمزنگاری کلاسیک است که در حال حاضر تراکنش‌های دیجیتال را امن نگه می‌دارند.

مقایسه کامپیوتر‌های کوانتومی با کامپیوتر‌های کلاسیک

تفاوت‌های زیادی بین کامپیوترهای کوانتومی و کامپیوترهای کلاسیک وجود دارد و این تفاوت حتی در ریشه‌ای‌ترین ویژگی‌ها دیده می‌شود.

• از نظر محاسباتی، کامپیوترهای کلاسیک با استفاده از بیت‌هایی کار می‌کنند که 0 یا 1 را نشان می‌دهند. کامپیوترهای کوانتومی از بیت‌های کوانتومی (کیوبیت‌ها) استفاده می‌کنند که در برهم نهی 0 و 1 را هم نشان می‌دهند و پردازش موازی چندین حالت را به طور همزمان امکان‌پذیر می‌کنند.
• کامپیوترهای کلاسیک از نظر قدرت پردازشی اطلاعات را به صورت متوالی پردازش می‌کنند و سرعت کلی محاسبات در این حالت محدود می‌شود. کامپیوترهای کوانتومی از موازی‌سازی کوانتومی برای انجام محاسبات پیچیده با سرعت نمایی استفاده می‌کنند.
• کامپیوترهای کلاسیک درهم تنیدگی را نشان نمی‌دهند و هر بیت مستقل از بقیه است. کامپیوترهای کوانتومی از درهم‌تنیدگی استفاده می‌کنند که به کیوبیت‌ها اجازه همبستگی و اشتراک‌گذاری حالت‌ها را می‌دهند و پردازش را بسیار سریع‌تر می‌کند.
• کامپیوترهای کلاسیک از تکنیک‌های کلاسیک تصحیح خطا استفاده می‌کنند. کامپیوترهای کوانتومی به دلیل وجود حالت‌های کوانتومی خاص، با خطاها مواجه می‌شوند که به روش‌های پیچیده تصحیح خطای کوانتومی نیاز دارند.
• کامپیوترهای کلاسیک از الگوریتم‌های رمزنگاری کلاسیک بر اساس پیچیدگی ریاضی استفاده می‌کنند. کامپیوترهای کوانتومی تهدیدی برای روش‌های رمزنگاری کلاسیک هستند، چرا که می‌توانند مسائل ریاضی خاصی مانند فاکتورسازی اعداد صحیح را سریع حل کنند و پروتکل‌های امنیتی فعلی را ضعیف کنند.

ارتباط رایانش کوانتومی با شبکه بلاکچین

حال اجازه بدهید که به ارتباط کامپیوترهای کوانتومی و ارز دیجیتال بپردازیم و ببینیم که اثر این کامپیوترها روی بلاکچین به عنوان تکنولوژی زیرساختی این ارزها چیست. 

شبکه‌های بلاکچین از الگوریتم‌های رمزنگاری مانند SHA-256 برای ایمن سازی داده‌ها و حفظ یکپارچگی تراکنش‌ها استفاده می‌کنند. کامپیوترهای کوانتومی با توانایی خود در حل مسائل ریاضی، تهدیدی مهم برای روش‌های رمزنگاری کلاسیک هستند و امنیت داده‌های ذخیره شده در بلاک چین را به خطر می‌اندازند. همچنین بلاکچین برای ایجاد یک دفتر کل ایمن و غیرقابل تغییر به توابع هش رمزنگاری وابسته است.

به بیان ساده‌تر، بلاک چین از نوعی رمزنگاری استفاده می‌کند که برای حدس زدن کلیدهای خصوصی به زمان بسیار قابل توجهی (بیشتر از عمر انسان) دارد. با این حال، قابل شکسته شدن است. کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند بسیار سریع‌تر از کامپیوترهای معمولی پردازش انجام بدهند. به همین دلیل، رمزنگاری مرسوم بلاکچین‌های امروزی که نیازمند چند صد سال محاسبه هستند تا شکسته شوند، توسط کامپیوترهای کوانتومی در چند ساعت شکسته می‌شوند. 

امنیت بلاک چین ممکن است با پیشرفت کامپیوترهای کوانتومی به خطر بیفتد. به همین دلیل توسعه الگوریتم‌های رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم برای محافظت در برابر حملات احتمالی ضروری است. اخیرا تلاش‌هایی برای کشف و پیاده‌سازی راه حل‌های رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم در پروتکل‌های بلاک چین در حال انجام است.

کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند یکی از مشکلات بزرگ بلاک چین را حل کنند. شبکه‌های بلاک چین می‌توانند از توانایی محاسبات کوانتومی برای پردازش حجم وسیعی از داده‌ها استفاده کنند که افزایش مقیاس‌پذیری و سرعت در اعتبارسنجی تراکنش‌ها را به همراه دارد.

همچنین قراردادهای هوشمند، هم می‌تواند از توانایی‌های کامپیوترهای کوانتومی استفاده کند. ادغام توانایی محاسبات کوانتومی در بلاک چین می‌تواند راه‌هایی را برای اجرای پیچیده‌تر و کارآمدتر قراردادهای هوشمند باز کند و امکانات جدیدی را برای برنامه‌های غیرمتمرکز (DApps) ایجاد کند.

تاثیر کامپیوتر‌های کوانتومی بر آینده ارز دیجیتال 

ارتباط کامپیوترهای کوانتومی و ارز دیجیتال ریشه در مسائل علمی و ریاضیاتی دارد و در واقع به قبل از دوران ظهور ارزهای دیجیتال برمی‌گردد. پیتر شور ریاضی‌دان دانشگاه MIT در سال 1995 یک الگوریتم کوانتومی چند جمله‌ای را معرفی کرد که اکنون آن را الگوریتم شور یا Shor’s algorithm می‌نامیم.

الگوریتم Shor یک تهدید اساسی برای روش‌های رمزنگاری کلاسیک، ایجاد می‌کند که اساس ارزهای دیجیتال هستند. الگوریتم‌های رمزنگاری سنتی، مانند RSA، که به دلیل سخت بودن فاکتورگیری اعداد بزرگ شکسته نمی‌شوند، حالا از نظر تئوریک قابلیت شکسته شدن دارند.

پردازش تراشه‌های کوانتومی، کلید شکستن رمزنگاری بیت کوین

متخصصان علوم رمزنگاری و بلاک چین در پاسخ به تهدید کامپیوترهای کوانتومی به تحقیقات و توسعه راه حل‌های رمزنگاری جدید پرداخته‌اند. یکی از این اقدام‌ها، ایجاد ارز دیجیتالی است که با الگوریتم‌های رمزنگاری مقاوم در برابر کامپیوترهای کوانتومی کار کند. برخی از این تحقیقات به شکل عملی هم درآمده است.

 شاید یکی از مهم‌‌ترین ارزهای دیجیتال که این ادعا را دارد که در برابر کامپیوترهای کوانتومی مقاوم است، IOTA باشد که از الگوریتم رمزنگاری +Winternitz OTS استفاده می‌کند. اگر چه این ارز دیجیتال هم در عمل در برابر کامپیوترهای کوانتومی قابلیت شکست دارد اما به طرز قابل توجهی نسبت به بلا‌کچین بقیه ارزهای دیجیتال، مقاوم‌تر است. بنیاد کاردانو هم تحقیقات وسیعی روی الگوریتم‌های جدید داشته تا بتواند راه حلی برای این مشکل پیدا کند. 

تاثیر کامپیوتر کوانتومی بر امنیت شبکه بلاک چین

استفاده از کامپیوترهای کوانتومی دوران حساسی را برای امنیت شبکه بلاک چین آغاز کرده است. نظر مارک وبر از دانشگاه ساسکس دیدگاه قانع کننده‌ای در مورد قدرت پردازش کوانتومی مورد نیاز برای به خطر انداختن استانداردهای رمزنگاری موجود ارائه می‌دهد. وبر ادعا می‌کند که شکستن رمزگذاری در این سطح نیاز به یک کامپیوتر کوانتومی با قدرت پردازش خیره کننده 1.9 میلیارد کیوبیت دارد. در حال حاضر، پیشرفته‌ترین کامپیوترهای کوانتومی، که نمونه‌ای از بهترین سیستم‌های IBM هستند، دارای قدرت پردازشی نسبتاً متوسطی معادل 127 کیوبیت هستند.

شبکه‌های بلاک چین عمدتاً به الگوریتم‌های رمزنگاری کلاسیک مانند SHA-256 و ECDSA برای رمزگذاری تراکنش‌ها و محافظت از یکپارچگی دفتر کل توزیع شده وابسته هستند. کامپیوترهای کوانتومی، به‌ویژه با الگوریتم‌هایی مانند Shor’s، این قابلیت را دارند که اعداد بزرگ را فاکتور کنند، که پایه‌های امنیتی این روش‌های رمزگذاری کلاسیک را به خطر می‌اندازد.

جامعه بلاک چین اجتناب‌ناپذیر بودن پیشرفت‌ محاسبات کوانتومی را تشخیص داده و به طور فعال در حال بررسی رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتومی است تا ادغام کامپیوترهای کوانتومی و ارز دیجیتال فقط برای اهداف مثبت مورد استفاده قرار بگیرد.

فناوری‌های کوانتومی همچنین ممکن است راه‌حل‌های رمزنگاری جدیدی مانند QKD ارائه دهند که امنیت کانال‌های ارتباطی را افزایش می‌دهد و در ارزهای دیجیتال هم قابل استفاده است. 

تاثیر کامپیوتر‌های کوانتومی بر بیت ‌کوین 

بیت کوین به عنوان بزرگترین ارز دیجیتال دنیا که بازاری میلیارد دلاری دارد، اولین ارز دیجیتال باید باشد که در برابر خطرات کامپیوترهای کوانتومی قرار بگیرد. این خطرات عموما در بحث رمزنگاری است چرا که ارز دیجیتال بیت کوین عملا واسطه‌ها را از طریق رمزنگاری حذف کرده است و به خطر افتادن روش ایجاد کلید عمومی و خصوصی برای بیت کوین بسیار خطرناک است. در ادامه مروری بر این چالش‌های بیت کوین با کامپیوترهای کوانتومی و ارز دیجیتال در دوره بعد از این کامپیوترها خواهیم داشت. 

چالش‌های بیت‌کوین با کامپیوتر‌های کوانتومی 

بیت کوین از الگوریتم رمزنگاری ECDSA (الگوریتم امضای دیجیتال منحنی بیضوی) برای ثبت تراکنش‌ها و اطمینان از یکپارچگی بلاک چین استفاده می‌کند که به راحتی توسط یک کامپیوتر کوانتومی قابل شکستن است. آدرس‌های بیت کوین با استفاده از جفت کلید عمومی و خصوصی تولید می‌شوند و تراکنش‌ها از طریق امضای دیجیتال ایمن می‌شوند. کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند امنیت این جفت‌های کلید را از بین ببرند و مهاجمان می‌توانند کلیدهای خصوصی را از کلیدهای عمومی استخراج کنند. 

شکسته شدن این الگوریتم یعنی این که کسی که یک کامپیوتر کوانتومی در اختیار دارد همه بیت کوین‌های افراد را می‌تواند بدون داشتن کلید عمومی و خصوصی به هر جایی که بخواهد ارسال کند. کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند یک حمله brute force بر روی کلیدهای رمزنگاری بیت کوین انجام دهند و زمان مورد نیاز برای شکستن کلیدهای خصوصی را به طور تصاعدی کاهش دهند.

اما شاید این سوال برای شما ایجاد شود که راه حل چیست؟ ترکیب روش‌های رمزنگاری کلاسیک و مقاوم در برابر کوانتومی ممکن است راه‌حلی موقت باشد. 

پیشنهاد کالج امپریال برای سافت فورک بیت کوین، راهکاری برای افزایش مقاومت بیت کوین در برابر تهدیدات کوانتومی است. سافت فورک‌ها می‌توانند تغییرات پروتکلی، از جمله الگوریتم‌های مقاوم در برابر حملات کامپیوترهای کوانتومی را به شبکه اضافه کنند و شبکه بیت‌کوین را ایمن‌تر کنند.

کامپیوتر‌های کوانتومی و استخراج بیت‌کوین

رابطه پیچیده بین کامپیوترهای کوانتومی و ارز دیجیتال فقط به شکستن کلیدها محدود نمی‌شود. استخراج بیت کوین، یکی دیگر از بخش‌هایی است که می‌تواند با حضور کامپیوترهای کوانتومی تحت تاثیر قرار بگیرد.

استخراج بیت کوین، حل پازل‌های پیچیده ریاضی برای ثبت تراکنش‌ها و افزودن بلوک‌های جدید به بلاک چین است. کامپیوترهای کوانتومی با قابلیت‌های پردازش موازی خود، می‌توانند محاسبات توابع هش درگیر در استخراج را سریع‌تر کنند.

پروتکل بیت کوین سختی استخراج را تنظیم می‌کند تا زمان تولید بلاک ثابت را حفظ کند. این عدد در حال حاضر روی 10 دقیقه تنظیم شده است. اگر کامپیوترهای کوانتومی بتوانند محاسبات خاصی را به طور قابل‌توجهی سریع‌تر از کامپیوترهای کلاسیک انجام دهند، تنظیم سختی شبکه برای استخراج نیاز به تنظیم مجدد دارد.

علاوه بر این، کامپیوترهای کوانتومی، به ویژه اگر قادر به اجرای الگوریتم Shor به طور مؤثر باشند، می‌توانند رقابت در الگوریتم اجماع اثبات کار (PoW) را به هم بریزند و سریع‌تر جواب مسائل ریاضی شبکه را بدهند. کامپیوترهای کوانتومی، اگر در دست چند نهاد متمرکز شوند، می‌توانند قدرت استخراج را در دست گروهی خاصی بگذارند که همه چیز را کنترل کنند. استخرهای استخراج هم ممکن است دچار تغییرات زیادی شوند. استخرها که در آن استخراج‌کنندگان قدرت محاسباتی را برای پاداش‌های ثابت‌تر ترکیب می‌کنند، ممکن است در معرض حملات کوانتومی قرار بگیرند.

شکستن کلید خصوصی بیت‌کوین با کامپیوتر ممکن است؟

بیت کوین از ECDSA (الگوریتم امضای دیجیتال منحنی بیضوی) برای ایجاد امضای دیجیتال و مدیریت جفت کلید خصوصی و عمومی استفاده می‌کند. امنیت ECDSA مبتنی بر دشواری حل مسئله لگاریتم گسسته منحنی بیضوی است و یافتن کلید خصوصی از کلید عمومی مربوطه است.

شکستن کلید خصوصی بیت کوین با یک کامپیوتر کلاسیک نیازمند حل این مشکل ریاضی است و روش‌های رمزنگاری پیشرفته فعلی این فرآیند را از نظر محاسباتی غیرقابل حل می‌کند. طول کلید و پیچیدگی مسائل ریاضی نیازمند سال‌ها محاسبات است که از عمر چند انسان بیشتر است. با این حال، اگر کامپیوترهای کوانتومی که قادر به اجرای الگوریتم Shor هستند به واقعیت تبدیل شوند، می‌توانند رمزنگاری منحنی بیضوی مورد استفاده در بیت‌کوین را بشکنند. 

نظر فعالان بازار در مورد کامپیوتر‌های کوانتومی و آینده رمز ارز‌ها 

فعالان بازار ارزهای دیجیتال نظرات مختلفی در مورد کامپیوترهای کوانتومی و ارز دیجیتال دارند. برای مثال اندرسن چنگ (Andersen Cheng) مدیرعامل پست کوانتوم (Post-Quantum) یکی از اشخاص بسیار مهم در صنعت تولید کامپیوترهای کوانتومی است که نظر مثبتی در این مورد ندارد. چنگ، رهبری شرکتی را بر عهده دارد که روی توسعه راه حل‌هایی برای مقابله با چالش‌های ناشی از ظهور کامپیوترهای کوانتومی تمرکز دارد. او اعلام کرده است:

کوانتوم، بیت کوین را از بین می‌برد.

ویتالیک بوترین، یکی از بنیانگذاران اتریوم (دومین بلاکچین بزرگ دنیا) است که در فضای بلاک چین یکی از افراد الهام‌بخش و اثرگذار محسوب می‌شود. او چندین بار در مورد کامپیوترهای کوانتومی و ارز دیجیتال صحبت کرده است که در یکی از معروف‌ترین نقل قول‌ها گفته:

برداشت یک جمله‌ای من از دستاوردهای کوانتومی اخیر تا کنون این است که محاسبات کوانتومی واقعی مانند بمب‌های هیدروژنی برای همجوشی هسته‌ای هستند. آن‌ها این پدیده و قابلیت استخراج نیرو از آن را اثبات می‌کنند، اما هنوز با از استفاده آن به شکل مفید خیلی فاصله دارند.

چارلز هاسکینسون، ریاضی‌دان و یکی از بنیان‌گذاران سابق اتریوم و بنیان‌گذار حال حاضر شبکه بلاکچین کاردانو، چندین بار در توییتر اظهار نظرهای مختلفی در مورد کوانتوم داشته و از دستاوردهای تیم‌های تحقیقاتی وابسته به بنیاد IOHK (نهاد مادر بلاکچین کاردانو) حرف زده است. او دو سال قبل در پلتفرم ایکس در پاسخ به توئیتر این بنیاد برای ساخت بلاک‌های مقاوم در برابر محاسبات کوانتوم، تایید کرد که کاردانو نسخه آزمایشی ارز دیجیتال مقاوم در برابر محاسبات کوانتومی را توسعه داده و نوشت که:

خوشحالم که اولین بلاک کوانتومی کاردانو را می‌بینیم.

برای خطرات کامپیوتر‌های کوانتومی چه باید کرد؟

تلاش‌های زیادی برای رفع خطرات کامپیوترهای کوانتومی تا به امروز ایجاد شده است. برای مثال محققان کالج امپریال درگیر مقابله با چالش‌های ناشی از کامپیوترهای کوانتومی برای روش‌های رمزنگاری موجود هستند. تمرکز آن‌ها روی توسعه الگوریتم‌های رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتومی با هدف تقویت سیستم‌های دیجیتال در برابر تهدیدات است. 

شرکت CoinShares یکی دیگر از بازیگران تاثیرگذار در این حوزه است. کوین شیرز یک شرکت سرمایه‌گذاری دارایی دیجیتال پیشرو است و نقش مهمی در هدایت تأثیر کامپیوترهای کوانتومی بر چشم‌انداز ارزهای دیجیتال ایفا می‌کند و تیم‌های تحقیقاتی برای یافتن راه‌حلی برای این مسئله ایجاد کرده است. 

چندین پروژه متن باز نیز از طرف مهندسان کامپیوتر در بنیادهای مختلف راه اندازی شده تا بتوانند یک دفتر توزیع کل (لجر) مقاوم در برابر محاسبات کوانتومی بسازند. این دفترهای توزیع هنوز در حال تست هستند و در بلاکچین‌های خصوصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. پروژه QRL یکی از این پروژه‌ها است. 

کامپیوترهای کوانتومی و ارز دیجیتال

ارتباط کامپیوترهای کوانتومی و ارز دیجیتال نقطه عطف مهمی برای کل صنعت کریپتو است. چرا که هم خط قرمزهای بلاکچین مانند امنیت را به چالش می‌کشد و هم می‌تواند فرصت‌های جدیدی ایجاد کند. همانطور که ما در این مطلب دیدیم، بازیگران و موسسات کلیدی در ارزهای دیجیتال اهمیت این مسئله را فهمیده‌اند و در حال مقابله با آن هستند.

محاسبات کوانتومی قدرت محاسباتی بی‌نظیر دارد و این مسئله هم می‌تواند برای ارزهای دیجیتال تهدید و هم فرصت باشد. با این حال، تلاش‌هایی که برای تحقیقات و کشف روش‌های رمزنگاری جدید مورد استفاده قرار می‌گیرد نشان می‌دهد که آینده آنقدر که متخصصان کامپیوترهای کوانتومی نشان می‌دهند، ترسناک نیست.