رایانش کوانتومی به بیت‌کوین پایان می‌دهد؟

به گزارش خبرنگار اقتصاد معاصر؛ در سال‌های اخیر، توسعه و پیشرفت تراشه‌های کوانتومی توجه بسیاری را به خود جلب کرد. این فناوری قادر است تا مسائلی را که حل آن‌ها با پردازنده‌های سنتی هزاران سال زمان می‌برد، فقط در چند دقیقه حل کند اما ظهور رایانش کوانتومی علاوه بر فرصت‌های بی‌نظیر، چالش‌هایی جدی نیز به همراه داشته است.

یکی از این چالش‌ها، تهدید امنیت بیت‌کوین و سایر ارزهای دیجیتال خواهد بود اما چرا این فناوری می‌تواند چنین تهدیدی ایجاد کند؟ 

بیت‌کوین برای ایمن‌سازی تراکنش‌ها و تولید سکه‌های جدید از طریق فرآیند استخراج (ماینینگ) به الگوریتم‌های رمزنگاری متکی خواهد بود. این الگوریتم‌ها که بر پایه تکنیک‌های رمزنگاری کنونی طراحی شده‌اند، در برابر توان پردازشی رایانه‌های کلاسیک امن محسوب می‌شوند. با این حال، رایانه‌های کوانتومی که از ویژگی‌های خاص مکانیک کوانتومی مانند برهم‌نهی (Superposition) و درهم‌تنیدگی (Entanglement) بهره می‌برند، می‌توانند این الگوریتم‌ها را در زمان بسیار کوتاهی بشکنند. این توانایی، امنیت بلاک‌چین بیت‌کوین را به طور بالقوه به خطر می‌اندازد. 

به عنوان مثال رایانه‌های کوانتومی می‌توانند کلید خصوصی کیف‌پول‌های دیجیتال را از طریق کلید عمومی آن‌ها رمزگشایی کنند. در چنین شرایطی، مهاجمان می‌توانند کنترل و دسترسی به دارایی‌های دیجیتال دیگران را به دست آورند. این توانایی در شکستن رمزنگاری، رایانش کوانتومی را به تهدیدی بالقوه برای ارزهای دیجیتال تبدیل کرده است. 

جهش کوانتومی گوگل؛ تراشه ویلو 

در تاریخ ۹ دسامبر ۲۰۲۳، ساندار پیچای، مدیرعامل گوگل از توسعه تراشه رایانش کوانتومی جدیدی به نام «ویلو» با ۱۰۵ کیوبیت خبر داد. وی این تراشه را گامی بزرگ در مسیر دستیابی به سیستم‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر توصیف کرد و بر توانایی آن در کاهش خطاها به صورت نمایی در مقیاس‌های بزرگ تاکید کرد. این موضوع یکی از چالش‌های اصلی در پیشرفت رایانش کوانتومی بوده است. 

به گفته پیچای، آزمایش‌های اولیه نشان داده‌اند که ویلو توانسته یک مساله استاندارد کوانتومی را در کمتر از پنج دقیقه حل کند؛ مساله‌ای که حل آن برای یک ابرکامپیوتر کلاسیک پیشرفته بیش از ۱۰ سپتیلیون سال (۱۰ به توان ۲۱ سال) زمان می‌برد. این کاهش چشمگیر در زمان محاسباتی، ظرفیت عظیم رایانش کوانتومی را برای حل مسائلی که امروزه غیرقابل حل به نظر می‌رسند، نشان می‌دهد. 

با این حال، توانایی‌های ویلو نگرانی‌ها درباره تاثیر رایانش کوانتومی بر سیستم‌های رمزنگاری را دوباره زنده کرده است. اگر رایانه‌های کوانتومی بتوانند مسائل ریاضی خاصی را به صورت نمایی سریع‌تر از رایانه‌های کلاسیک حل کنند، ممکن است بتوانند الگوریتم‌های رمزنگاری را که ارتباطات دیجیتال، تراکنش‌های مالی و به‌ ویژه ارزهای دیجیتال مانند بیت‌کوین را ایمن می‌کنند، بشکنند. 

زیربنای رمزنگاری بیت‌کوین 

برای درک تهدید رایانش کوانتومی برای بیت‌کوین، ابتدا باید با مکانیزم‌های رمزنگاری که شبکه بیت‌کوین را ایمن می‌کنند، آشنا شویم. بیت‌کوین به دو سیستم رمزنگاری اصلی متکی است:

امضای دیجیتال (ECDSA): این روش مانند یک قفل و کلید دیجیتال عمل می‌کند. وقتی فردی بخواهد بیت‌کوین ارسال کند، از «کلید خصوصی» خود (مانند کلید قفل) برای امضای تراکنش استفاده می‌کند. دیگران با استفاده از «کلید عمومی» (مانند خود قفل) این امضا را بررسی می‌کنند تا مطمئن شوند که فقط صاحب کلید خصوصی می‌تواند تراکنش را تایید کند. 

الگوریتم هش (SHA-۲۵۶): این روش مانند یک ماشین‌ حساب پیچیده عمل می‌کند که ماینرها از آن برای حل مسائل ریاضی استفاده می‌کنند. این مسائل برای تایید تراکنش‌ها و اضافه کردن بلوک‌های جدید به زنجیره بیت‌کوین حل می‌شوند. این فرآیند باعث شده که شبکه ایمن بماند و تغییر اطلاعات گذشته تقریبا غیرممکن شود. 

هر دو الگوریتم ECDSA و SHA-۲۵۶ در برابر حملات رایانه‌های کلاسیک، ایمن در نظر گرفته می‌شوند، زیرا حل مسائل ریاضی زیربنای آن‌ها برای این رایانه‌ها در زمان معقول غیرممکن است اما رایانه‌های کوانتومی ممکن بوده تا این فرضیه را به چالش بکشند. 

تهدیدهای رایانش کوانتومی برای رمزنگاری 

رایانه‌های کوانتومی با استفاده از پدیده‌هایی مانند برهم‌نهی و درهم‌تنیدگی، اطلاعات را به روش‌هایی پردازش می‌کنند که رایانه‌های کلاسیک، قادر به انجام آن نیستند. این توانایی‌ها تهدیدی جدی برای سیستم‌های رمزنگاری فعلی ایجاد می‌کنند. در این میان، دو الگوریتم کوانتومی اهمیت ویژه‌ای دارند: 

الگوریتم شور (Shor’s Algorithm): این الگوریتم که در سال ۱۹۹۴ توسط پیتر شور معرفی شد، می‌تواند مسائل پیچیده‌ای مانند تجزیه اعداد صحیح و لگاریتم گسسته را به سرعت حل کند. این مسائل، پایه و اساس بسیاری از سیستم‌های رمزنگاری کلید عمومی، از جمله ECDSA هستند. اگر یک رایانه کوانتومی قدرتمند بتواند این الگوریتم را اجرا کند، می‌تواند کلید خصوصی را از کلید عمومی استخراج کرده و امنیت سیستم‌هایی که بر این نوع رمزنگاری متکی هستند، به خطر بیندازد. 

الگوریتم گروور (Grover’s Algorithm): این الگوریتم که در سال ۱۹۹۶ توسط لاو گروور معرفی شد، سرعت جست‌وجوی مسائل را به صورت درجه دوم افزایش می‌دهد. در مورد توابع هش رمزنگاری مانند SHA-۲۵۶، الگوریتم گروور می‌تواند سختی یافتن تصادم‌های هش یا پیش‌تصویرها را کاهش دهد. البته این سرعت کمتر از مزیت نمایی الگوریتم شور خواهد بود اما همچنان تهدیدی برای امنیت توابع هش محسوب می‌شود. 

آیا بیت‌کوین در معرض خطر است؟ 

با وجود پیشرفت‌های قابل توجه در زمینه رایانه‌های کوانتومی، به نظر می‌رسد که در آینده نزدیک، بیت‌کوین و سایر رمزارزهای وابسته به الگوریتم‌های رمزنگاری در معرض خطر جدی قرار ندارند. دلیل این امر آن است که قدرت پردازشی مورد نیاز برای تهدید این نوع رمزارزها بسیار بیشتر از توانایی‌های کنونی رایانه‌های کوانتومی خواهد بود. به عنوان مثال کارشناسان معتقدند که شکستن الگوریتم‌های رمزنگاری مورد استفاده در بیت‌کوین به بیش از یک میلیون کیوبیت قدرت پردازشی نیاز دارد، در حالی که پردازنده ویلو گوگل فقط ۱۰۵ کیوبیت قدرت دارد.

از سوی دیگر همزمان با پیشرفت در صنعت رایانه‌های کوانتومی، بیت‌کوین و سایر رمزارزها نیز در حال تقویت امنیت خود هستند و احتمالا به سمت استفاده از الگوریتم‌های پیچیده‌تر و مقاوم در برابر حملات کوانتومی حرکت خواهند کرد. 

تنها راه‌حل بلندمدت برای مقابله با تهدید رایانش کوانتومی، انتقال به نوع جدیدی از رمزنگاری به نام «رمزنگاری پساکوانتومی» خواهد بود. این نوع رمزنگاری به طور ذاتی در برابر حملات کوانتومی مقاوم در نظر گرفته می‌شود. با این حال، پیاده‌سازی این الگوریتم‌ها چالش‌های جدیدی را برای قابلیت استفاده از بلاکچین‌ها ایجاد می‌کند و همچنان در حال بررسی و توسعه توسط رمزنگاران در سراسر جهان است.