پردازش کوانتومی در مقابل بلاکچین: تاثیرات بر رمزنگاری
شهریار نصر ملک
تحلیلگر فناوری اطلاعات
نقطه فروش اصلی بلاکچین و اصولا یکی از قدرتهای اصلی بلاکچین و اپلیکیشنهای مبتنی بر بلاکچین این هست که دفترهای توزیع شده (Distributed Ledger) ,امن و تحت شرایط عادی غیر قابل شکست هستند که این خود باعث برتری تکنولوژی محاسباتی میشود. با این وجود, اعتبار آن به شدت به فرضیه “وضعیت تکنولوژی” وابسته است. اگر یک تغییر پارادایمی (الگویی) در وضعیت محاسباتی صورت بگیرد, سیستمهای معاصر بلاکچین مبتنی بر این فناوری ممکن است به تهدیداتی که در طراحی آنها شکل گرفته (یا بهتر بگوییم, نهفته است) آسیب پذیر و شکننده باشند. اما از بوقوع پیوستن این اتفاق ما چقدر دور یا نزدیک هستیم؟
گام هایی عملی که فیزیکدانان در سه دهه گذشته برای ایجاد یک کامپیوتر کوانتومی برداشتند می تواند به زودی به چنین تغییری کمک کنند. به عنوان یک نقطه عطف به نام “برتری کوانتومی“، یک کامپیوتر کوانتومی میتواند یک کامپیوتر سنتی را در انجام یک کار خاص به راحتی مغلوب نماید، می تواند هر روز در دسترس باشد (بعبارتی هیچوقت دچار اختلال کارکرد نمیشود). این سوال که آیا دستگاه های مبتنی بر پردازش کوانتوم در آینده قادر به شکست و کشتن بلاکچین فعلی هستند هر روز درکانون توجهات است.
یک آغاز در محاسبات کوانتومی
هر دستگاهی است که از اصول مکانیک کوانتومی برای انجام محاسبات استفاده می کند, یک کامپیوتر کوانتومی است. برای ذخیره و دستکاری اطلاعات، رایانه های معمولی از واحدهای باینری به نام بیت استفاده می کنند که می تواند یکی از دو حالت ممکن را نشان دهد: 0 یا 1. ماشین های کوانتومی بر بیت های کوانتومی که به آنها کوبیت گفته میشود(یا Qubit) تکیه می کنند، که می تواند همزمان یک و یک باشد. این پدیده که “برهم نهی” (Superposition) نامیده می شود، اجازه می دهد تا چنین دستگاه هایی انجام وظایف خاص را بسیار سریع تر از همتایان مبتنی بر بیت خود انجام دهند.
یکی دیگر از اصطلاحات بنیادی در نظریه کوانتوم، پیچیدگی (Entanglement) است. هنگامی که دو ذره درهم می آیند یا پیچیده میشوند، آنها در همان حالت کوانتومی که بودند باقی میمانند و در حالت تغییر می کنند, مهم نیست که چقدر فاصله در فضای فیزیکی است, آنها خود را به آن تغییر میرسانند. در آن کوبیت (Qubits)های جفت شدن به این طریق منجر به رشد نمایی (exponential) در قدرت محاسباتی رایانه کوانتومی می شود. رسیدن به حالت برهم نهی که برای انجام محاسبات کوانتومی لازم است, بسیار سخت است. فیزیکدانان از پرتوهای لیزری و مایکروویو برای قرار دادن کوبیتها در این حالت کار استفاده می کنند و سپس از تکنیک هایی برای حفظ آن استفانده میکنند که آنها را از کوچکترین نوسانات دما، نویز و امواج الکترومغناطیسی در امان نگهدارند. رایانه های کوانتومی کنونی به علت شکنندگی شرایط کاری بسیار مستعد خطا (Error-prone) هستند، که البته با روشی به نام (Decoherence) قبل از شروع هر عملیات کوانتومی, آنها را از خطا پاک میکنند.
قدرت محاسباتی کوانتومی یک ماشین کوانتومی با تعداد کبیتهایی که همزمان میتوانند نفوذ کنند, سنجیده میشوند. با شروع و دستیابی به دو کوبیت کوچک که در اواخر دهه 1990 اولین تجربه را به دست آوردند، امروزه قدرتمندترین کامپیوتر کوانتومی که توسط Google اداره می شود، می تواند تا 72 کوبیت استفاده کند!
کامپیوترهای کوانتومی و بلاکچین
با فراگیر شدن و پذیرفته شدن موضوع بلاکچین, ایده عدم تغییرپذیری و غیرقابل انطباق بودن بلاکچین ها به طور گسترده پذیرفته شده است: اعتقاد عمومی به داراییهای دیجیتال (Digital assets), ترویج پذیرش و تطابق پذیری با آنها. با این حال، ظهور محاسبات کوانتومی به طور بالقوه می تواند یکپارچگی public-key cryptography (کلید عمومی رمزنگاری) که در اصل ستون اصلی امنیت بلاکچین است را به خطر بیندازد. در حالی که طیف برنامه های کاربردی بالقوه رایانه های کوانتومی گسترده است، یکی از مهم ترین موضوعات در زمینه فن آوری بلاکچین و رمزنگاری به طور کلی، توانایی اجرای الگوریتم های خاص بسیار سریعتر از هر سوپر کامپیوتری است. یکی از مواردی که به طور گسترده مورد بحث قرار می گیرد استفاده از الگوریتم معروف Shor برای تجزیه فاکتور(عامل) است که به طور بالقوه بسیاری از تکنیک های رمزگذاری معاصر را منسوخ می کند.
همانطور که گروهی از محققان مرکز کوانتوم روسیه در مقاله ای در برای مجله Nature مشاهده کردند, یک خطر بالقوه در امنیت بلاکچین این است که این امنیت, به توابع یک طرف ریاضی به شدت وابسته است – که در عمل به راحتی اجرا میشوند ولی روش معکوس آن به سختی امکانپذیر است- چنین توابعی برای هر دو مورد تولید امضاهای دیجیتال و اعتبار سنجی معاملات در Ledger ها (دفاتر توزیع) استفاده میشوند. یک جنایتکار مجهز به یک دستگاه کوانتومی کاربردی قادر به انجام محاسبات معکوس بسیار سریعتر خواهد بود، که این امر آنها را قادر میسازد تا امضا را جعل کنند, هویت آنها را جعل کنند و به داراییهای دیجیتال آنها دسترسی پیدا کنند. در فرایند ماینینگ, یک فرد خرابکار میتواند فراید به روز رسانی دفاتر توزیع را مختل کند و حتی تغییر دهد, تاریخچه معاملات را تغییر دهد و حتی میتواند سکه (Coin) ها را دوباره خرج کند!
محققان روسی پیشنهاد کردند که معماران سیستم های رمزنگاری شده باید فورا اقدامات احتیاطی علیه این تهدید را آغاز کنند. یک راه حل می تواند جایگزین امضاهای دیجیتال معمولی با رمزنگاری مقاومتی کوانتومی باشد(quantum-resistant cryptography) – نوع الگوریتم های امنیتی که به طور خاص برای مقاومت در برابر حمله از یک کامپیوتر کوانتومی قوی طراحی شده است. همچنین فیزیکدانان روس, یک راه حل دیگر را استفاده از اینترنت کوانتومی میدانند, هرچند که هنوز دهه ها از دسترس دور است. این معماری ارتباط بی سیم آینده ای که براساس اتصال بین ذرات کوانتومی درهم آمیخته شده از راه دور است، یک مدل جدید از مدل های بلاکچین و طرح های جدید را باز می کند.
این تا حدودی با ایده ای که دل راجان (Del Rajan) و مت ویسر(Matt Visser) از دانشگاه ویکتوریا نیوزیلند منتشر کردند. ایده ای که عقل از هوش میبرد! آنها پیشنهاد کردند که استفاده از رمزنگاری کوانتومی را کنار بگذارند و به طور مستقیم به ایجاد یک سیستم مبتنی بر سیستم کوانتومی بپردازند! مدل آنها یک بلاکچین را بر اساس کوبیت ها نه تنها در فضا، بلکه در زمان نیز درهم پیچیده است را تشریح میکند. تلاش برای تغییر رکورد معاملات به طور پیش فرض، که توسط ذرات در طول تاریخ کدگذاری شده اند، بدون از بین بردن ذرات به طور کامل غیر ممکن است. با این وجود، تحقق این مدل تا زمانی که اینترنت کوانتومی به تحقق نپیوسته امکان پذیر نخواهد بود.
وزن کشی شرکت کنندگان
در حالی که راه حل های آینده نگر، که دانشگاهیان پیشنهاد می دهند، ممکن است چندین دهه از دسترس دور باشد، تحقیقات و توسعه زیادی در محاسبات کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی در حال حاضر اتفاق می افتد. متخصصانی که با محاسبات کوانتومی سر و کار دارند, در مصاحبه با کوین تلگراف (Coin Telegraph) در مورد اینکه خطر محاسبات کوانتومی چقدر نزدیک است نظرات متفاوتی ارایه دادند. یانیو التشولر (Yaniv Altshuler), یک محقق در دانشگاه MIT, مدیر عامل و یکی از بنیانگذاران پلتفرم تجزیه و تحلیل Endor در مصاحبه با کوین تلگراف گفت: “کامپیوترهای کوانتومی درحال (فوق العاده) قوی شدن هستند و سریعترتر از انتظار به پیش می رود. با این حال، قابلیت های آنها بلاکچین را شکست نمیدهد. هر ساله هنگامی که سخت افزار جدید منتشر می شود، نگرانی ها درباره ی یکپارچگی بلاکچین را بازتاب می دهند، اما شواهدی وجود ندارد که محاسبات کوانتومی می تواند ببلاکچین را به خطر بیاندازد.”
استوارت الن (Stewart Allen) معاون عملیات شرکت محاسبات کوانتوم IonQ, بر این باور است که زمانیکه محاسبات کوانتومی به حدی قدرتمند شوند که یکپارچگی بلاکچینهای امروزی را به خطر بیندازند, سیستمهای امنیتی به همان سمت الگوریتهمای کوانتومی حرکت میکنند: ” خطری از سمت کامپیوترهای کوانتومی که رمزنگاری بلاکچین را در کوتاه مدت بشکنند, بلاکچین را تهدید نمیکند. اگر و هنگامی که این اتفاق می افتد، رمزنگاری به الگوریتم های کوانتومی مقاوم تر تبدیل خواهد شد. ما حداقل یک دهه از کامپیوترهای کوانتومی که قادر به شکستن رمزنگاری بلاکچین باشند دورهستیم.”
اما برخی دیگر چنین دیدگاه خوش بینانه ای ندارند. نوربرت گوفا (Norbert Goffa) مدیر اجرایی ILCoin نظر خود را در مورد ظهور بالقوه mining pool های کوانتومی اینطور بیان میکند: “اگر کسی یک mining pool کوانتومی داشته باشد خیلی راحت میتواند دیگران را به سلطه خود دراورد و در حال حاضر ما چنین mining pool در اختیار نداریم. از سوی دیگر، بسیاری از شرکت ها بر روی فناوری محاسبات مبتنی بر کوانتوم کار می کنند. ما معتقدیم که در پنج سال آینده می تواند واقعی باشد. شاید کمتر، چه کسی می داند؟”
راکش راماچاندران (Rakesh Ramachandran) مدیر جرایی و بنیانگذار مجموعه QBRICS تاکید کرد که محاسبات کوانتومی تاثیری در تقریبا هر حوزه ای که رمزنگاری استفاده می شود، موثر است. او گفت، در مورد فن آوری بلاکچین، ما ممکن است یک تغییر سیستمیک را انتظار داشته باشیم: کامپیوترهای کوانتومی، نه تنها رمزنگاری مبتنی بر بلاکچین را بازنویسی میکنند، بلکه هر جا که کاربرد رمزنگاری وجود دارد از جمله موارد ساده مانند وب سایت بانکی آنلاین را هم دستخوش تغییر میکنند. یک تحقیق قابل توجه و کار برای کاهش اثرات و حرکت به رمزنگاری کوانتومی مقاوم یا رمزنگاری پسا کوانتومی انجام شده است. با این حال, چالش بلاکچین فقط در مورد تهدیدی نیست که کامپیوترهای کوانتومی مطرح میکنند, بلکه این بحث هم که چگونه بلاکچین به رمزنگاری جدید مهاجرت میکند نیز مطرح است.”
همه کارشناسان تخمین های شگفت آور مشابهی از زمانیکه داریم تا قبل از اینکه محاسبات کوانتومی بتوانند خطری برای بلاکچین باشند را دارند که بین 10 تا 15 سال آینده است. آنها در دستورالعمل های خود برای مقابله با حملات بالقوه کوانتومی نیز نسبتا ثابت قدم بودند. اکثر موافقند که تغییر تدریجی رمزنگاری کوانتومی مقاوم و همچنین ایجاد زیرساخت هایی که از آن حمایت می کنند، ضروری است. بلاکچین باید تکامل یابد، اما بعید است که فناوری محاسبات کوانتومی اساسا آنها را تهدید کند.
