کامپیوتر کوانتومی
والبی بلاگ » آرشیو پست ها » مقالات » کامپیوترهای کوانتومی و ارزهای دیجیتال
مقالات

کامپیوترهای کوانتومی و ارزهای دیجیتال

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 حالیکه، 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 گیرد.

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

 

رمزنگاری نامتقارن (Asymmetric cryptography)

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

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

 

امنیت اینترنت

یکی از بهترین فواید کدنویسی نامتقارن، توانایی تبادل اطلاعات در شبکه ای تصادفی بدون نیاز به یک کلید مشترک است. بدون این امتیاز، امنیت اطلاعات در اینترنت میسر نمی شد. برای مثال، نمی توان بانکداری آنلاین را بدون توانایی رمزنگاری امن اطلاعات میان شبکه های متفرقه و غیر قابل اعتماد متصور شد.

امنیت کدنویسی نامتقارن تا حدودی مرهون این فرضیه است که الگوریتمِ سازنده جفت کلیدها باعث می شود تا محاسبه کلید خصوصی از طریق کلید عمومی بسیار دشوار شود. 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 است و اما از جهت مخالف دشوار می باشد.

هم اکنون، اکثر الگوریتم های مدرن برای تولید جفت کلیدها براساس تابع های دریچه ای مرسوم ایجاد می شوند. این توابع دریچه ای به قدری دشوار تنظیم می شوند که کامپیوترهای معمولی نتوانند آنها را در زمانی مناسب حل کنند. حتی برای قوی ترین ماشین ها نیز زمان بسیار زیادی برای انجام این محاسبات نیاز می باشد.

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

 

کامپیوترهای کلاسیک

کامیپوترهایی که امروزه می شناسیم، می توانند به عنوان کامپیوترهای کلاسیک شناخته شوند. این یعنی محاسبات به صورت ترتیبی اجرا می شوند. یک وظیفه محاسباتی اجرا می گردد، و سپس وظیفه دیگر وارد مرحله محاسباتی می شود. دلیل این شکل محاسباتی آن است که حافظه یک کامپیوتر کلاسیک باید از قوانین فیزیک پیروی کند. این حافظه تنها می تواند وضعیت صفر یا یک (غیرفعال یا فعال) را به خود بگیرد.

روش های مختلف سخت افزاری و نرم افزاری می توانند باعث شوند که کامپیوترها بتوانند محاسبات پیچیده را به بخش های کوچک تری تقسیم کنند. بدین ترتیب، کارآمدی این دستگاه ها بالاتر می رود. با اینحال، اساس کار آنها یکسان می ماند. 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. 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 که کلید درست قفل را باز کند.

با اینحال، با افزایش طول کلیدها شاهد افزایش چشمگیر تعداد ترکیب های احتمالی خواهیم بود. در مثال بالا، افزودنِ یک بخش مضاعف به طول کلید (5 بیت) منجر به 32 ترکیب احتمالی خواهد شد. افزایش آن به 6 بیت منجر به 64 ترکیب احتمالی می گردد. برای 256 بخش، تعداد ترکیب های احتمالی نزدیک به تعداد تقریبی اتم ها در جهان ظاهر است.

در مقایسه، سرعت پردازش محاسباتی به صورت خطی افزایش می یابد. دو برابر کردنِ سرعت پردازش یک کامپیوتر تنها منجر به دو برابر شدنِ تعداد حدس های آنی می گردد. رشد نمایی باید فراتر از رشدهای خطی در فرآیند حدس باشد.

باور بر این است 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 گردند.

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 اساسی 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 اینحال 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. دانشگاه ها و شرکت های خصوصی زمان و وقت زیادی را صرف شناسایی این زمینه فعالیت کردند. مقابله با مفاهیم جدید و مشکلات مهندسی که همراه با این زمینه به وجود می آیند، از پیشرفته ترین فناوری های انسانی 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 شکاندنِ 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 برای مقابله با کامپیوتر کوانتومی

شکوفایی فناوری محاسبات کوانتومی می تواند از بین برنده ی رمزنگاری کنونی ما 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 ضدّ کوانتومی (quantum-resistant) شناخته می شوند.

تا حدودی به نظر می رسد که خطرات کامپیوترهای کوانتومی می توانند با رمزنگاری کلیدهای متقارن از طریق افزایش طول کلید کاهش یابند. این نوع رمزنگاری به دلیل مسائلی پیرامون انتشار کلیدهای محرمانه در شبکه های باز کنار گذاشته شدند. آنان جای خود را به رمزنگاری کلیدهای نامتقارن داده بودند. با اینحال، با این شرایط کنونی میتوان احتمال بازگشت دوباره آنان را داد.

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، میتوان 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

استخراج بیت کوین نیز از رمزنگاری استفاده می کند. ماینرها در رقابتند تا یک معمای رمزنگاری شده را به ازای پاداش بلاکی حل نمایند. اگر یک ماینر به کامپیوتر کوانتومی دسترسی پیدا کند، می تواند بر این شبکه سلطه پیدا کند. بدین ترتیب، تمرکززدایی شبکه کاهش می یابد و آن شبکه در معرض حمله “51 درصدی” قرار خواهد گرفت.

با اینحال به نقل از چندین کارشناس، این اتفاق تهدیدی بالقوه محسوب نمی شود. “مدارهای مجتمع با کاربرد خاص” (ASIC) بیشتر 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. پیش از اجرا و تفهیم آن، موانع فنی و مهندسی بسیاری باید برداشته شوند.

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 ضدّ کوانتومی می تواند همچون فناوری  “رمزگذاری سرتاسر” (end-to-end encryption) به استفاده انبوه برسد. فناوری “رمزگذاری سرتاسر” پس از اجرای موفق، به سرعت وارد مرورگرها و اپلیکیشن های پیام رسان شد. زمانیکه این استانداردها محقق شوند، اکوسیستم رمزارز ها نیز می تواند بهترین راه حل های دفاعی را در برابر اینگونه خطرات داشته باشد.

پست های مرتبط

این چهار رمزارز در آستانه ورود به فاز صعودی هستند

استیکینگ برای اتریوم چه سودی دارد؟

سردبیر والبی

سه ویژگی بلاک چین که مانع کلاهبرداری می شد

سردبیر والبی

درج دیدگاه

error: اجازه کپی ندارید