محاسبات کوانتومی، انقلابی بی‌صدا است که بنیان امنیت دیجیتال را به چالش می‌کشد. این فناوری نوظهور، با قدرتش توانایی شکستن رمزنگاری‌هایی را دارد که از دارایی‌های دیجیتال، ازجمله بیت کوین، محافظت می‌کنند. در واقع، ممکن است همین امروز مهاجمان در حال جمع‌آوری داده‌های کلید عمومی شما باشند تا در آینده، با ظهور کامپیوترهای کوانتومی قدرتمند، آن‌ها را رمزگشایی کنند و مورد سوءاستفاده قرار دهند.
البته، جای نگرانی بیش‌ازحد نیست زیرا جامعه رمزنگاری نیز منفعل نمانده است. متخصصان و توسعه‌دهندگان فعالانه در حال طراحی و پیاده‌سازی نسل جدیدی از رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم هستند. این مقاله نه‌تنها شما را با پیچیدگی‌های محاسبات کوانتومی و تهدیدات آن برای بیت کوین آشنا می‌کند، بلکه راهکارها و اقداماتی را نیز ارائه می‌دهد که می‌توانید برای محافظت از سرمایه‌های خود انجام دهید.
کامپیوتر کوانتومی چیست؟
محاسبات کوانتومی تغییری اساسی در نحوه پردازش اطلاعات نسبت به کامپیوترهای امروزی ایجاد می‌کنند. کامپیوترهای کلاسیک ما از بیت‌ها استفاده می‌کنند؛ واحدهایی که تنها یکی از دو حالت ۰ یا ۱ را دارند. این سیستم دودویی، با وجود قدرت فوق‌العاده‌اش، محدودیت‌های ذاتی از خود نشان می‌دهد. درحالی‌که کامپیوترهای کوانتومی، از قوانین فیزیک کوانتوم بهره می‌برند. آن‌ها از کیوبیت‌ها (Qubits) استفاده می‌کنند که به‌لطف پدیده‌هایی مانند برهم‌نهی (Superposition) و درهم‌تنیدگی کوانتومی (Quantum Entanglement)، می‌توانند همزمان هم ۰ باشند، هم ۱ و هم هر دو.
این ویژگی به کامپیوترهای کوانتومی اجازه می‌دهد تا حجم بسیار زیادی از اطلاعات را به‌طور موازی بررسی و پردازش کنند. در نتیجه، می‌توانند مسائل پیچیده را به‌صورت تصاعدی، سریع‌تر از قوی‌ترین سوپرکامپیوترهای کنونی حل کنند. اگرچه کیوبیت‌ها بسیار ظریف و مستعد خطا هستند، شرکت‌هایی مانند IBM، گوگل و مایکروسافت، منابع هنگفتی را برای ساخت تراشه‌های کوانتومی قوی‌تر و قابل‌اعتمادتر سرمایه‌گذاری کرده‌اند. برای مثال، اگر ابر کامپیوتری برای انجام محاسبه‌ای ۱۰۰ میلیون سال زمان نیاز داشته باشد، کامپیوتر کوانتومی می‌تواند همان کار را در چند دقیقه به سرانجام برساند.
در طول دهه گذشته، ما شاهد جهش بی‌سابقه‌ای در تعداد کیوبیت‌ها بوده‌ایم که مستقیماً به‌معنای قدرت محاسباتی بیشتر است. آنچه در اوایل دهه ۲۰۱۰ با ده‌ها کیوبیت آغاز شد، اکنون در سیستم‌های تجاری از هزار کیوبیت فراتر رفته و درها را به سوی حل مسائلی که قبلاً غیرممکن تلقی می‌شدند، باز کرده است. جدول زیر، این پیشرفت خیره‌کننده در حداکثر تعداد کیوبیت‌های به‌دست‌آمده توسط ماشین‌های کوانتومی پیشرو را نشان می‌دهد.
عصر جدید و تهدید جدید آن
کامپیوترهای کوانتومی پتانسیل ایجاد انقلاب در صنایع مختلف را دارند. شبیه‌سازی اتم به اتم داروهای جدید، بهینه‌سازی لحظه‌ای شبکه‌های لجستیک جهانی و کشف مواد پیشرفته برای سفرهای فضایی را تصور کنید. برای نمونه، ناسا درحال‌حاضر از پردازنده‌های کوانتومی برای طراحی سیستم‌های پیشرانه کارآمدتر استفاده می‌کند.
این قدرت شگفت‌انگیز، هم خوب است و هم بد. همان قابلیت‌هایی که به کامپیوتر کوانتومی اجازه مدل‌سازی مولکول‌ها را می‌دهد، می‌تواند برای شکستن رمزنگاری‌هایی که امنیت دیجیتال ما را فراهم می‌کنند نیز استفاده شود. این رمزنگاری‌ها شامل قفل‌های ریاضی زیربنای ارزهای دیجیتال هستند.
کامپیوترهای کوانتومی چگونه امنیت بیت کوین را به خطر می‌اندازند؟
امنیت ارزهای دیجیتال مانند بیت کوین بر دو ستون اصلی رمزنگاری بنا شده است:
- الگوریتم‌های هشینگ: این الگوریتم‌ها برای تأیید صحت تراکنش‌ها، یک اثر انگشت دیجیتال منحصر‌به‌فرد ایجاد می‌کنند.
- امضاهای دیجیتال: امضاهایی که مالکیت دارایی را با استفاده از جفت کلیدهای عمومی و خصوصی که از نظر ریاضی به هم مرتبط هستند، تضمین می‌کنند.
کامپیوتر کوانتومی هر دو مورد را تهدید می‌کند، اما با روش‌های متفاوت این کار را انجام می‌دهد:
شکستن امضاهای دیجیتال؛ تهدید جدی و فوری
خطر فوری‌تر و جدی‌تر، از الگوریتم شور (Shor’s Algorithm) نشئت می‌گیرد. الگوریتم کوانتومی شناخته‌شده‌ای که می‌تواند مسئله ریاضی پیچیده‌ای را که کلیدهای عمومی و خصوصی را در ارزهای دیجیتال (به‌ویژه الگوریتم ECDSA بیت کوین) ایمن می‌کند، به‌طور فوق‌العاده سریعی حل کند.
به زبان ساده، یک کامپیوتر کوانتومی به‌اندازه کافی قدرتمند، با اجرای الگوریتم شور، کلید خصوصی شما را مستقیماً از روی کلید عمومی که همه آن را می‌بینند، استخراج می‌کند. اگر مهاجمی کلید خصوصی شما را به دست آورد، می‌تواند کنترل وجوه شما را در دست بگیرد، امضاهای دیجیتال جعلی ایجاد کند و تمام بیت کوین شما را به سرقت ببرد.
این تهدید چه زمانی به واقعیت تبدیل می‌شود؟
این تهدید با حملات «امروز جمع‌آوری کن، بعداً رمزگشایی کن» جدی‌تر می‌شود. هر بار که تراکنشی انجام می‌دهید، کلید عمومی شما در بلاکچین قرار می‌گیرد. این اتفاق به‌ویژه درباره آدرس‌های قدیمی بیت کوین (P2PK) یا هنگام استفاده مجدد از آدرس‌ها (P2PKH) پس از انجام یک تراکنش رخ می‌دهد. هکرها می‌توانند همین امروز این کلیدهای عمومی افشاشده را جمع‌آوری و ذخیره کنند. زمانی که کامپیوتر کوانتومی در دسترس قرار گرفت، آن‌ها رمزگشایی را انجام می‌دهند و وجوه را به سرقت می‌برند. برآورد می‌شود که ۲۵ تا ۳۰ درصد از کل بیت کوین‌ها (بیش از ۴ میلیون واحد)، شامل کیف پول ساتوشی ناکاموتو، به‌دلیل افشای کلید عمومی‌شان در بلاکچین، در معرض خطر قرار دارد.
جیمسون لوپ، یکی از توسعه‌دهندگان معروف کریپتو، در این باره می‌گوید:
بازیابی کوانتومی کوین‌ها، ارزش کوین‌های دیگران را کم می‌کند. این را یک سرقت از کل جامعه در نظر بگیرید.
تمرکززدایی استخراج؛ یک خطر کمتر فوری
خطر دیگر، مربوط به الگوریتم گروور (Grover’s Algorithm) است که به استخراج بیت کوین، سرعت می‌دهد. استخراج بیت کوین شامل حل معماهای رمزنگاری است. کامپیوترهای کوانتومی با استفاده از الگوریتم گروور، به‌شکل چشمگیری از ماینرهای کلاسیک پیشی می‌گیرند. این امر می‌تواند قدرت استخراج را در دست تعداد معدودی از سازمان‌هایی متمرکز کند که به سخت‌افزار کوانتومی مجهز هستند. این تهدید در مقایسه با الگوریتم شور، کمتر فوری تلقی می‌شود. دلیل اصلی آن، منابع محاسباتی عظیم مورد نیاز برای استخراج کوانتومی است.
این تهدید چه زمانی به واقعیت تبدیل می‌شود؟
پیشرفته‌ترین دستگاه‌های کوانتومی امروزی، مانند Willow با ۱۰۵ کیوبیت و Majorana 1 هنوز برای ایجاد یک تهدید فوری علیه امنیت بلاکچین بسیار کوچک و پرنویز هستند. به‌گفته برخی متخصصان، شکستن چنین سطحی از رمزنگاری که در شبکه بیت کوین مور استفاده قرار گرفته است، به یک کامپیوتر کوانتومی با ۱.۹ میلیارد کیوبیت قدرت پردازشی نیاز دارد. بااین‌حال، شرکت‌های بزرگ در حال برنامه‌ریزی برای ساخت ماشین‌هایی با بیش از ۱۰,۰۰۰ کیوبیت توان هستند و برخی کارشناسان می‌گویند ممکن است تا اواخر دهه ۲۰۳۰ یا ۲۰۴۰ شاهد تهدید جدی کامپیوترهای کوانتمی برای بیت کوین باشیم.
علاوه بر این، تحقیقات جدیدی منتشر شده است که نشان می‌دهد یک کلید استاندارد رمزنگاری مثل RSA که ۲۰۴۸ بیتی است، در کمتر از یک هفته با کمتر از یک میلیون کیوبیت پرنویز شکسته می‌شود. این برآورد، نسبت به تخمین‌های قبلی که ۲۰ میلیون کیوبیت را لازم می‌دانستند، کاهش قابل‌توجهی را نشان می‌دهد.
ساخته‌شدن سریع‌تر کامپیوترهای کوانتومی، باعث شده است که دولت آمریکا و کارشناسان امنیتی آن، با تعیین یک مهلت تا سال ۲۰۳۵، همه سیستم‌های امنیتی را تغییر دهند. این ضرب‌العجل نشان می‌دهد که همه قبول دارند خطر حملات کامپیوترهای کوانتومی بسیار جدی و نزدیک است و باید فوراً برای آن آمادگی پیدا کنیم.
دفاع جامعه کریپتو
خبر خوب این است که محققان و توسعه‌دهندگان صنعت کریپتو، با تمام توان در حال توسعه رمزنگاری پسا کوانتومی (PQC) یا رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم هستند. این الگوریتم‌های جدید به‌طور خاص طراحی شده‌اند تا در برابر حملات کامپیوترهای کلاسیک و کوانتومی مقاومت کنند.
مؤسسه ملی استانداردها و فناوری ایالات متحده (NIST) رهبری تلاش جهانی برای استانداردسازی PQC را بر عهده دارد. NIST سه استاندارد نهایی خود را منتشر کرده است که شامل امضاهای دیجیتال مقاوم در برابر کوانتوم مانند CRYSTALS-Dilithium، Falcon و HQC می‌شود. این روش‌های جدید، بر مسائل ریاضی فوق‌العاده پیچیده‌ای متکی هستند که انتظار می‌رود حتی برای کامپیوترهای کوانتومی قدرتمند نیز غیرقابل‌حل باقی بمانند.
شرکت‌های بزرگ فناوری و پروژه‌های متن‌باز، در حال ادغام این استانداردهای NIST هستند. iMessage اپل و اپلیکیشن Signal استفاده از الگوریتم‌های مقاوم در برابر کوانتوم را آغاز کرده‌اند. کتابخانه‌های نرم‌افزاری زیرساختی مانند BoringSSL و Tink گوگل نیز از این روند پیروی می‌کنند. این اقدامات به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا برنامه‌های ایمن در برابر حملات کوانتومی بسازند.
پیشنهادهای بهبود بیت کوین (BIPs) برای دوران کوانتوم
در جامعه بیت کوین، تلاش‌های فداکارانه‌ای برای آمادگی در حال انجام است. یک پیشنهاد بهبود بیت کوین (BIP) مهم که جیمسون لوپ آن را نوشته است، استراتژی چندمرحله‌ای را برای مقابله با تهدیدات کوانتومی ترسیم می‌کند. این پیشنهاد شامل بازنشسته کردن طرح‌های امضای قدیمی و آسیب‌پذیر تا سال ۲۰۳۰ است. همچنین، معرفی آدرس‌های مقاوم در برابر کوانتوم، تحت فرمت پیشنهادی «پرداخت به هش مقاوم در برابر کوانتوم» (P2QRH) در دستور کار قرار دارد.
نکته قابل‌بحث این است که این BIP پیشنهاد می‌کند با مسدودسازی وجوه موجود در آدرس‌های قدیمی که منتقل نشده‌اند، از سرقت‌های آینده توسط کوانتوم جلوگیری شود.
بسیاری از پیاده‌سازی‌های PQC، ازجمله مواردی که برای بیت کوین پیشنهاد شده‌اند، از سیستم‌های هیبریدی استفاده خواهند کرد. این سیستم‌ها با ترکیب امضاهای رمزنگاری کلاسیک موجود با امضاهای PQC جدید، امنیت قوی را در طول دوره گذار تضمین می‌کنند. چالش نهایی در شبکه‌های غیرمتمرکز، دستیابی به اجماع و پذیرش گسترده برای این ارتقای بزرگ خواهد بود.
چگونه بیت کوین خود را در برابر کوانتوم ایمن کنیم؟
اگرچه مسئولیت اصلی برعهده رمزنگاران و توسعه‌دهندگان است، ایمن‌سازی وجوه در عصر کوانتوم، مسئولیت مشترک همه ماست. نیازی به متخصص‌شدن در این زمینه ندارید اما باید فعال باشید:
- همیشه مطلع بمانید: به‌روزرسانی‌ها را از منابع معتبر و ارائه‌دهنده کیف پول خود دنبال کنید.
- برای اقدام آمادگی داشته باشید: زمانی که آدرس‌های مقاوم در برابر کوانتوم (مانند P2QRH پیشنهادی) راه‌اندازی شدند و کیف پول شما از آن‌ها پشتیبانی کرد، در اولین فرصت اقدام کنید.
- یک تراکنش انتقال انجام دهید: این اقدام شامل ارسال وجوه خود از آدرس‌های قدیمی و آسیب‌پذیر به آدرس‌های جدید و مقاوم در برابر کوانتوم خواهد بود. این رویکرد را مانند انتقال اشیای با ارزش خود از یک گاوصندوق قدیمی به یک گاوصندوق جدید و بسیار امن‌تر تصور کنید.
- سخت‌افزار امن انتخاب کنید: ارائه‌دهندگان کیف پول سخت‌افزاری، درحال‌حاضر از تراشه‌های عنصر امن (Secure Element chips) استفاده می‌کنند. این تراشه‌ها کلیدهای خصوصی شما را از تهدیدات فعلی محافظت می‌کنند و دائماً برای مقابله با تهدیدات آینده نوآوری می‌کنند.
جمع‌بندی
کامپیوترهای کوانتومی با پتانسیل شکستن رمزنگاری‌های کنونی، در سال‌های آینده تهدیدی برای امنیت بیت کوین و کل زیرساخت‌های دیجیتال محسوب می‌شوند. باتوجه‌به تسریع پیشرفت‌ها، این خطر دیگر یک نظریه دوردست نیست و کارشناسان، ظهور کامپیوتر کوانتومی قدرتمند را تا حدود اوخر دهه ۲۰۳۰ یا ۲۰۴۰ پیش‌بینی می‌کنند. بنابراین، انتقال فعال و هماهنگ به نسل جدیدی از الگوریتم‌های مقاوم در برابر کوانتوم (PQC)، هم در سطح پروتکل و هم در سطح کاربر، تنها راه تضمین بقا و امنیت دارایی‌های دیجیتال در عصر کوانتوم است.
سؤالات متداول
کامپیوترهای کوانتومی از کیوبیت‌ها برای پردازش همزمان ۰، ۱ و هر دو حالت بهره می‌برند.
اصلی‌ترین تهدید کوانتومی برای امنیت بیت کوین، الگوریتم شور است؛ زیرا می‌تواند کلید خصوصی را از کلید عمومی استخراج کند.
پیش‌بینی می‌شود این رایانه‌ها تا اواخر دهه ۲۰۳۰ یا ۲۰۴۰ به این توانایی دست یابند.
صنعت ارزهای دیجیتال، توسعه و استانداردسازی رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم (PQC) را در دستور کار دارد.
با انتقال وجوه به آدرس‌های جدید و مقاوم در برابر کوانتوم می‌توان از آن‌ها محافظت کرد.
