محاسبات کوانتومی
تیم بحث آراد | 2020.01.04

محاسبات کوانتومی – آیا بیت کوین در خطر است ؟

محاسبات کوانتومی نوعی از محاسبات براساس فیزیک کوانتومی می باشد. درحالیکه  محاسبه گران سنتی بر بیت ها (صفر یا یک) برای محاسبات تکیه می کنند، محاسبه گران کوانتومی از بیت های کوانتومی (qubit) استفاده می کنند. بیت های کوانتومی ترکیبی از صفر و یک هستند (و هر یک دارای احتمالی هستند). یک qubit برای مثال 80 درصد شانس صفر شدن و 20 درصد شانس یک بودن دارد. یا 60 درصد شانس صفر بودن و 40 درصد شانس یک بودن دارد.

ایده محاسبات کوانتومی اولین بار توسط یک فیزیکدان به نام Paul Benioff در دهه 1980 معرفی شد. اندکی بعد، یک فیزیکدان به نام Richard Feynman و ریاضی دانی به نام Yuri Manin اولین افرادی بودند که ادعا کردند محاسبات کوانتومی می تواند مشکلات پیش روی کامپیوترهای کلاسیک را رفع کند. در حقیقت، در دهه 1990، ریاضی دانی به نام Peter Shor الگوریتمی توسعه داد که یک کامپیوتر کوانتومی می توانست با استفاده از آن رمز عمومی رمزارز را بیابد. این الگوریتم الگوریتم Shor بود.

در اکتبر 2019، پس از یک دهه تحقیق، گوگل به طور رسمی ادعا کرد که به quantum supremacy دست یافته است. اساساً این بدین معنا است که، کامپیوترهای کوانتومی قدرت انجام کارهایی را دارند که یک کامپیوترهای کلاسیک نمی تواند از عهده آن بر بیاید. به عبارت دیگر، این کامپیوترها یک مسئله را در 200 ثانیه حل می کنند درحالیکه ابرکاپیوترهای امروزی در 10000 سال می توانند همان مسئله را حل کنند.

با اینکه محاسبات کوانتومی یک کشف مهم محسوب می شوند، کامپیوترهای کوانتومی راه زیادی دارند تا بتوانند الگوریتم Shore را اجرا کنند. به این دلیل که، کامپیوترهای کوانتومی کنونی به اندازه کافی قوی نیستند و همچنین، درجه سختی توسعه کامپیوترهای کنونی مشخص نیست. بعلاوه، به منظور افزایش کارایی، کامپیوترهای کوانتومی بر یک راهکار تکنیکی به نام اصلاح خطا “error correction” وابسته اند و این موضوع هنوز یک چالش محسوب می شود.

پیش بینی آینده این تکنولوژی سخت است اما کامپیوترهای کوانتومی که بتوانند الگوریتم Shor را اجرا کنند سال ها یا دهه ها نیاز به تحقیق و بررسی دارند و شاید احتمال ایجاد آنها اصلاً وجود نداشته باشد.

آیا کوآنتوم Supremacy یک تهدید برای بیت کوین است؟

اگر کامپیوترهای کوانتومی به نقطه ای برسند که بتوانند الگوریتم shor را اجرا کنند می توانند قفل عمومی رمزارزها را بشکنند، بنابراین بیت کوین در خطر حمله قرار می گیرد و سکه ها دزدیده می شوند.

برخی معتقد هستند که سرقت ها محدود خواهند بود. درحالیکه همه سکه ها از رمز عمومی (الگوریتم ECDSA) استفاده می کنند ولی اغلب سکه ها الگوریتم هشینگ SHA256 را برای محافظت به کار می برند. تنها وقتی به هر دو این الگوریتم ها نفوذ شود سکه ها دزدیده می شوند اما در حال حاضر اینگونه به نظر نمی رسد زیرا الگوریتم SHA256 و یا هر الگوریتم هشینگ دیگری می تواند توسط کامپیوترهای کوانتومی تحت نفوذ قرار بگیرد.

تعداد زیادی از سکه ها تنها با رمز عمومی حفاظت می شوند. پیش بینی ها نشان می دهد که حدود 5 میلیون بیت کوین در خطر ریسک شکست رمز عمومی قرار خواهند داشت. بیت کوین در شرایط زیر در خطر خواهد بود:

  • بیت کوین هایی که به طور مستقیم به رمز عمومی به جای آدرس بیت کوین فرستاده می شوند و در آنجا باقی بمانند، که شامل تعداد زیادی از بیت کوین هایی که در دو سال اول حضور بیت کوین استخراج شدند می شود. بیشتر این سکه ها را به Satoshi Nakamoto نسبت می دهند اما براستی مشخص نیست.
  • بیت کوین هایی که در آدرس های دست دوم هستند. وقتی بیت کوین از یک آدرس فرستاده می شود، آدرس عمومی آن آدرس افشاء می شود و اگر بیت کوین های بیشتری در آن آدرس باشند، سرمایه ممکن است به سرقت برود. این یکی از دلایلی است که استفاده از آدرس دست دوم توصیه نمی شود ( دلیل اصلی حفظ محرمانگی است).
  • بیت کوین های نگهداری شده در یک کیف پول که رمز عمومی را با یک سرور به اشتراک گذاشته باشد، بنابراین سرور می تواند از دریافت سکه مطلع شود.
  • بیت کوین هایی که در آدرسی که از آن سکه های مربوط به forkcoin-equivalent مثل BCH و BSV خرج شده اند.
  • بیت کوین هایی که در قراردادهای هوشمند پیچیده تر شرکت داشته اند، زیرا در این نوع از قراردادها طرفین رمز عمومی یکدیگر را می دانند.

در حقیقت، حتی در زمانیکه بیت کوین توسط رمز عمومی و هش حفاظت شود، ارسال ایمن سکه ها در دنیای کوانتومی یک چالش خواهد بود. وقتی یک کاربر تلاش می کند بیت کوین را خرج کند و معامله را از طریق شبکه بیت کوین بفرستد، حمله کنندگان ممکن است این شانس را داشته باشند که سرمایه را به سرقت برند. در این زمان، حمله کننده می تواند قبل از تأیید معامله رمز عمومی را بدزدد و سپس آن را برای یکی از آدرس های خود بفرستد.

بنابراین می توان گفت اگر کامپیوترهای کوانتومی قدرت شگرفی بدست آورند، بیت کوین با مشکل روبرو می شود.

باید ذکر شود که اگر کامپیوترهای کوانتومی که بتوانند الگوریتم Shor را اجرا کنند پا به عرصه بگذارند، فقط بیت کوین تنها در معرض خطر قرار نخواهد گرفت. در واقع بقیه رمزارزها در جهان، داده های بانک ها، زیرساخت های مالی و شبکه های ارتباطی و غیره نیز مورد هدف قرار خواهند گرفت.

آیا بیت کوین می تواند به طریقی آپگرید شود که نسبت به حملات کوانتومی مقاوم شود؟

بله، پروتکل بیت کوین می تواند چنین قابلیتی بیابد. به طور خلاصه، الگوریتم امضای بیت کوین باید با یک الگوریتم امضای مقاوم در برابر کوآنتوم جایگزین شود. پس از فعالسازی  Segregated Witness، الگوریتم امضای بیت کوین می تواند بسادگی از طریق backwards-compatible، آپگرید فورک نرم، جایگزین شود. الگوریتم ECDSA از طریق فورک نرم با الگوریتم امضای Schnorr در آینده نزدیک جایگزین می شود.

پس از آپگرید، کاربران باید بیت کوین خود را به آدرس جدید انتقال دهند. کاربرانی که نسبت به انتقال سکه اقدام نکنند در خطر ریسک حملات کوانتومی قرار می گیرند.

پروتکل بیت کوین باید طوری آپگرید شود که بیت کوین هایی که به آدرس جدید منتقل نشده اند را بلاک کند که منجر به از دست رفتن بیت کوین صاحب اصلی می شود، به هر ترتیب این افراد بیت کوین خود را در حملات کوانتومی از دست می دادند.

با در نظر گرفتن روند توسعه تکنولوژی کوانتومی انتظار می رود بیت کوین به آپگریدهایی برای مقابله با آن نیاز داشته باشد اما کارشناسان معتقد هستند که توسعه آپگریدها به زودی اتفاق نخواهد افتاد.

آیا استخراج بیت کوین شکسته می شود؟

کامپیوترهای کوانتومی باید بتوانند بیت کوین را سریعتر از کامپیوترهای کلاسیک استخراج کنند. اگرچه، به این دلیل که استخراج بیت کوین براساس هش است (نه براساس رمز عمومی)، احتمالاً در حد وسیعی شکسته نخواهد شد.

ابداع محاسبات کوانتومی منجر به ایجاد نبرد جدید برای ساختن سخت افزارهای استخراج با سرعت بالاتر می شود. وقتی استخراج از طریق CPU جای خود را به استخراج با استفاده از GPU داد و سپس ASIC ها داد انقلاب مشابهی در زمینه استخراج بیت کوین شکل گرفت.