کامپیوترهای کوانتومی و ارزهای دیجیتال

کامپیوتر کوانتومی ماشینی است که می تواند معادلات و رمزنگاری های پیچیده را سریعتر از کامپیوترهای معمولی تنها در چند دقیقه حل کند.

نوشته شده در مقالات 7 دقیقه مدت مطالعه · >
کامپیوتر کوانتومی

کامپیوتر کوانتومی ماشینی قدرتمند است که می تواند معادلات پیچیده را سریعتر از کامپیوترهای معمولی حل کند. برخی کارشناسان تخمین می زنند که این کامپیوترها می توانند رمزگشایی کدهای بسیار پیچیده را تنها در چند دقیقه انجام دهند. در حالی که هزاران سال طول می کشد تا کامپیوترهای معمولی بتوانند آن کدها را رمزگشایی کنند. در نتیجه، زیرساخت امنیتی دنیای دیجیتال امروزی می تواند در خطر قرار گیرد. این خطر شامل کدگذاری هایی میشود که در بیت کوین و ارزهای دیجیتال دیگر مورد استفاده قرار می گیرند.

در این مقاله به بررسی تفاوت کامپیوترهای معمولی و کوانتومی می پردازیم. همچنین خطرات این کامپیوترها در دنیای ارزهای دیجتال را بررسی می کنیم.

رمزنگاری نامتقارن

رمزنگاری نامتقارن (Asymmetric Cryptography) که به “رمزنگاری کلیدهای عمومی” نیز معروف است، یکی از اجزای اصلی اکوسیستم ارزهای دیجیتال و زیرساخت های اینترنتی محسوب می شود. این روش متکی به یک جفت کلید برای رمزنگاری و رمزگشایی اطلاعات است. اما رمزنگاری متقارن (symmetric key cryptography) تنها از یک کلید برای رمزنگاری و رمزگشایی اطلاعات استفاده می کند.

کلید عمومی می تواند به صورت آزادانه برای رمزنگاری اطلاعات استفاده شده و به اشتراک گذاشته شود. اما این اطلاعات فقط از طریق کلید خصوصی مرتبط با آنها رمزگشایی می شوند. بدین ترتیب، تنها گیرنده های دلخواه می توانند به آن اطلاعات دست پیدا کنند.

امنیت اینترنت

یکی از فواید اصلی رمزنگاری نامتقارن، امکان تبادل اطلاعات بدون نیاز به یک کلید مشترک است. بدون وجود این امتیاز، امنیت اطلاعات در اینترنت میسر نمی شد. برای مثال، بانکداری آنلاین بدون وجود فناوری رمزنگاری غیر قابل تصور است.

امنیت رمزنگاری نامتقارن تا حدودی مرهون این است که الگوریتمِ سازنده جفت کلیدها باعث شده تا یافتن کلید خصوصی از کلید عمومی بسیار دشوار باشد. برعکس، محاسبه کلید عمومی با استفاده از کلید خصوصی آسان است. در ریاضیات، به این مسئله “تابع دریچه” (trapdoor function) گفته می شود. زیرا محاسبه آن از یک جهت آسان و از جهت مخالف دشوار است.

در حال حاضر، اکثر الگوریتم های سازنده جفت کلید بر اساس توابع دریچه مرسوم ایجاد می شوند. این توابع به قدری دشوار تنظیم می شوند که کامپیوترهای معمولی نمی توانند آنها را در زمانی مناسب حل کنند. حتی قوی ترین ماشین ها نیز زمان بسیار زیادی برای انجام این محاسبات نیاز دارند.

با این حال، این موضوع می تواند با توسعه سیستم های محاسباتی جدید (کامپیوتر کوانتومی) تغییر کند. برای آشنایی با دلایل قدرتمند بودن کامپیوترهای کوانتومی، باید ابتدا نگاهی به نحوه کار مدل های معمولی بیندازیم.

کامپیوترهای کلاسیک

کامیپوترهایی که امروزه می شناسیم، کامپیوترهای کلاسیک محسوب می شوند. در این سیستم ها، محاسبات به صورت ترتیبی اجرا می شوند. یعنی یک وظیفه محاسباتی اجرا می گردد، و سپس وظیفه دیگر وارد مرحله محاسباتی می شود. چون حافظه یک کامپیوتر کلاسیک باید از قوانین فیزیک پیروی کند و فقط می تواند وضعیت صفر یا یک داشته باشد.

روش های مختلف سخت افزاری و نرم افزاری وجود دارد که به کامپیوترها اجازه می دهند تا محاسبات پیچیده را به بخش های کوچک تری تقسیم کنند. بدین ترتیب، کارآمدی این دستگاه ها بالاتر می رود. با این وجود، اساس کار آنها یکسان است. یعنی یک وظیفه محاسباتی باید به اتمام برسد تا وظیفه دیگر آغاز گردد.

روش حل مسائل توسط کامپیوترهای کلاسیک

بیایید مثال زیر را در نظر بگیریم. در این مثال یک کامپیوتر باید یک کلید 4 بیتی یا بخشی (bit) را حدس بزند. هر کدام از این بخش ها می توانند 0 یا 1 باشند. در نتیجه 16 ترکیب احتمالی در این حالت وجود دارد.

مقایسه کامپیوتر کلاسیک با کوانتومی
مقایسه کامپیوتر کلاسیک با کامپیوتر کوانتومی

کامپیوتر کلاسیک باید هر کدام از این بیت ها را به صورت جداگانه حدس بزند. تصور کنید که یک قفل با 16 کلید داشته باشید. هر کلید باید جداگانه امتحان شود. اگر اولی قفل را باز نکرد، آنگاه کلید بعدی امتحان خواهد شد. این کار آنقدر ادامه خواهد یافت تا قفل باز شود.

با این حال اگر طول کلیدها افزایش یابد، تعداد ترکیب های احتمالی به صورت تصاعدی بیشتر می شود. در مثال بالا اگر یک بخش به طول کلید افزوده شود، 32 ترکیب احتمالی وجود خواهد داشت. با 6 بیت نیز 64 ترکیب احتمالی ایجاد می گردد. با رسیدن به 256 بیت، تعداد ترکیب های احتمالی نزدیک به تعداد اتم ها در جهان خواهد بود.

اما سرعت پردازش محاسباتی به صورت خطی افزایش می یابد. یعنی دو برابر کردن سرعت پردازش یک کامپیوتر تنها منجر به دو برابر شدن تعداد حدس های آنی می گردد. رشد نمایی خیلی فراتر از رشدهای خطی در فرایند حدس است.

تخمین زده شده که هزار سال نیاز است تا یک کامپیوتر کلاسیک بتواند یک کلید 55 بخشی را حدس بزند. برای درک بهتر باید بدانید، حداقل ظرفیت مورد نیاز برای یک بخش در بیت کوین معادل 128 بیت است. این در حالی است که اکثر کیف پول ها با ظرفیت 256 بیت اجرا می شوند.

به نظر می رسد که کامپیوترهای کلاسیک نخواهند توانست تهدیدی جدی برای رمزنگاری های نامتقارن در ارزهای دیجیتال و اینترنت باشند.

کامپیوتر کوانتومی

هم اکنون شاهد مراحل اولیه توسعه دسته ای جدید از کامپیوترها هستیم. مشکلات و مسائل مذکور برای این کامپیوترها کاملاً بدیهی و جزئی به نظر خواهند آمد. این ماشین ها به “کامپیوترهای کوانتومی” معروف شده اند. کامپیوتر کوانتومی براساس اصول موجود در نظریه مکانیک کوانتومی کار می کند. این نظریه در خصوص رفتار ذرات زیراتمی است.

در کامپیوترهای کلاسیک، یک بیت نشان دهنده اطلاعات است. یک بیت می تواند حالت 0 یا 1 را اختیار کند. کامپیوترهای کوانتومی با بیت های کوانتومی یا کیوبیت (qubits) کار می کنند. یک کیوبیت واحد پایه اطلاعات در یک کامپیوتر کوانتومی می باشد. درست مانند یک بیت، کیوبیت نیز می تواند حالات 0 یا 1 را به خود بگیرد. با این حال به لطف خاصیت مکانیک کوانتومی، حالت یک کیوبیت همچنین می تواند به صورت آنی هم 0 و هم 1 باشد.

بدین ترتیب، تحقیقاتی گسترده در زمینه کامپیوترهای کوانتومی انجام گرفت و دانشگاه ها و شرکت های خصوصی زمان زیادی را صرف مطالعه در این زمینه کردند. دست و پنجه نرم کردن با این مفهوم انتزاعی و مشکلات مهندسی آن، از مهمترین دستاوردهای فناوری توسط انسان محسوب می شود.

متأسفانه به عنوان تأثیر جانبی این کامپیوترهای کوانتومی ممکن است در آینده شاهد باشیم که الگوریتم های اصلی برای رمزنگاری نامتقارن دیگر به سادگی قابل حل خواهند بود. بدین ترتیب سیستم هایی که بر پایه آنها ایجاد شده اند، به راحتی در دسترس قرار خواهند گرفت.

بیایید دوباره به مثال شکاندن کلید 4 بیتی نگاهی بیندازیم. یک کامپیوتر 4 کیوبیتی می تواند از لحاظ نظری هر 16 ترکیب را به صورت آنی در یک عملکرد محاسباتی به خود بگیرد. در نتیجه، احتمال دستیابی به کلید درست در زمان صرف شده برای انجام آن عملکرد محاسباتی 100 درصد خواهد بود.

کامپیوتر کوانتومی
روش حل مسائل در کامپیوتر کوانتومی

رمزنگاری مقاوم در برابر کامپیوتر کوانتومی

شکوفایی فناوری محاسبات کوانتومی می تواند از بین برنده ی رمزنگاری کنونی در زیرساخت های دیجیتال باشد. بدین ترتیب، امنیت و عملکرد و ارتباطات جهانی زیر سؤال می رود. این تأثیر شامل افراد و شرکت های کوچک و بزرگ و حتی دولت ها خواهد بود. بنابراین، جای تعجب ندارد که تحقیقات گسترده ای پیرامون سرمایه گذاری و توسعه یک فناوری مقابله ای با ماشین های کوانتومی صرف شده است. الگوریتم های رمزنگاری که در برابر این تهدیدات امن تلقی می شوند، به عنوان الگوریتم های مقاوم در برابر کوانتوم (quantum-resistant) شناخته می شوند.

تا حدودی به نظر می رسد که خطرات کامپیوترهای کوانتومی می تواند با رمزنگاری کلیدهای متقارن از طریق افزایش طول کلید کاهش یابد. اما این نوع رمزنگاری به دلیل مسائلی پیرامون انتشار کلیدهای محرمانه در شبکه های باز کنار گذاشته شدند و جای خود را به رمزنگاری کلیدهای نامتقارن دادند. البته با توسعه محاسبات کوانتومی، ممکن است رمزنگاری متقارن دوباره مورد استفاده قرار گیرد.

مشکل انتشار کلیدهای محرمانه در شبکه های باز می تواند از طریق خودِ رمزنگاری کوانتومی حل گردد. پیشرفت های زیادی در زمینه توسعه اقداماتی ضدّ استراق سمع انجام شده است. استراق سمع کنندگان در یک شبکه مشترک می توانند با استفاده از اصول مورد نیاز برای توسعه کامپیوترهای کوانتومی تشخیص داده شوند. بدین ترتیب می توان اطمینان حاصل کرد که کلید به اشتراک گذاشته شده توسط شخص ثالثی خوانده نشده یا تغییر نکرده باشد.

زمینه های دیگری نیز برای شکست حملات کوانتومی در حال توسعه می باشند. از این رو، می توان از تکنیک هایی همچون هشینگ (hashing) برای ایجاد ظرفیت های بالاتر پیام رسانی یا روش هایی همچون رمزنگاری شبکه بندی شده استفاده کرد. همه این تحقیقات در تلاشند تا روش های رمزنگاری مناسبی را ایجاد کنند که کامپیوتر کوانتومی قادر به شکست کدهای آن نباشد.

کامپیوتر کوانتومی و استخراج بیت کوین

در استخراج بیت کوین نیز از رمزنگاری استفاده می شود. ماینرها با یکدیگر رقابت می کنند تا یک پازل رمزنگاری شده را به ازای پاداش بلاک حل نمایند. اگر یک ماینر به کامپیوتر کوانتومی دسترسی داشته باشد، می تواند بر این شبکه سلطه پیدا کند. بدین ترتیب، غیر متمرکزسازی شبکه کاهش می یابد و آن شبکه در معرض حمله 51 درصد قرار خواهد گرفت.

با این حال به نقل از چندین کارشناس، این اتفاق تهدیدی بالقوه محسوب نمی شود. چون “مدارهای مجتمع با کاربرد خاص” (ASIC) می توانند چنین خطراتی را کاهش دهند. همچنین اگر چندین ماینر به کامپیوتر کوانتومی دسترسی داشته باشند، ریسک چنین حمله ای به شدت کاهش می یابد.

سخن پایانی

توسعه محاسبات کوانتومی و خطر آن برای اجرای رمزنگاری های نامتقارن به نظر در آینده گریبان شبکه های دیجیتال را خواهد گرفت. با اینحال، این اتفاق احتمالاً در آینده نزدیک رخ نخواهد داد. چون پیش از اجرا و تفهیم آن باید از موانع فنی و مهندسی بسیاری عبور کرد.

با توجه به اهمیت امنیت اطلاعات، بهتر است از حالا برای مقابله با این خطر آماده شد. خوشبختانه، مطالعات و تحقیقات بسیاری پیرامون راه حل های احتمالی انجام شده است. این راه حل ها از لحاظ نظری می توانند زیرساخت های حساس کنونی ما را در برابر تهدیدات کامپیوتر کوانتومی بهینه سازند.

استانداردهای ضد کوانتومی نیز بالاخره می توانند به استفاده انبوه برسند. درست مثل فناوری “رمزگذاری سرتاسر” که به سرعت وارد مرورگرها و اپلیکیشن های پیام رسان شد. زمانی که این استانداردها عملی شوند، اکوسیستم رمز ارزها خواهد توانست بهترین راه حل های دفاعی را در برابر اینگونه خطرات داشته باشد.

مطالب مرتبط

آینده پول

آینده پول

نوشته شده در مقالات
  ·   4 دقیقه مدت مطالعه
ویژگی های بلاک چین

سه ویژگی بلاک چین که مانع کلاهبرداری می شود

نوشته شده در مقالات, مقالات بلاکچین
  ·   3 دقیقه مدت مطالعه
برداشت های اشتباه از بیت کوین

بیت کوین و سه باور غلط در مورد آن

نوشته شده در مقالات, مقالات بیت کوین
  ·   2 دقیقه مدت مطالعه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

×