برتری کوانتومی گوگل چه تأثیری بر رمزنگاری مبتنی بر بلاک چین دارد؟

از سال‌ها پیش، اخبار متعددی در دنیای فناوری هشدار می‌دادند که رایانش کوانتومی بالاخره به بدنه‌ی صنعت راه پیدا خواهد کرد. استانداردهای رمزنگاری کنونی یکی از مفاهیمی بودند که همیشه خطر انقراض را در صورت ظهور کامپیوترهای کوانتومی حس می‌کردند؛ انقراضی که احتمالا تمامی ساختارهای امنیتی بلاک‌چین‌های بزرگ را با چالش مواجه می‌کند. با انتشار خبر دستیابی گوگل به برتری کوانتومی، به‌نوعی تولد نهایی رایانش کوانتومی تأیید شد. اکنون برخی کارشناسان تهدید فناوری جدید را برای حوزه‌ی بلاک‌چین و رمزارز جدی می‌دانند و برخی دیگر، ایجاد تهدید برای این فناوری‌ها را در آینده‌ی نزدیک غیرممکن تصور می‌کنند.

فایننشال تایمز، روز جمعه گزارشی مرتبط با دستیابی گوگل به برتری کوانتومی منتشر کرد. برتری کوانتومی در زبان ساده به‌معنای انجام فرایندهای پردازشی غیرقابل انجام با کامپیوترهای سنتی، به کمک کامپیوترهای کوانتومی است. در گزارش مذکور ادعا می‌شود که محققان گوگل با استفاده از کامپیوتر کوانتومی خود مسئله‌ای را در مدت سه دقیقه حل کرده‌اند که قوی‌ترین ابرکامپیوترهای کنونی برای حل آن به ۱۰ هزار سال زمان احتیاج پیدا می‌کنند. در صنعتی که عموما با پیشرفت‌های جزئی شناخته می‌شود، دستیابی به برتری کوانتومی حکم انفجار بزرگ و تولد جهانی جدید دارد.

برخی کارشناسان دنیای فناوی و خصوصا فعالان حوزه‌ی بلاک چین و رمزارز، فناوری جدید کوانتومی را خطری برای حوزه‌های محبوب خود می‌دانند. آن‌ها احتمال می‌دهند که چنین قدرت پردازشی، شاید برای دنیای رمزارز و پیش از همه بیت‌ کوین، تهدیدی جدی باشد. البته دراین‌میان برخی پیش‌بینی‌ها که مرگ بیت‌کوین را بر اثر قدرت‌گیری رایانش کوانتومی پیش‌بینی می‌کنند، اغراق‌آمیز به‌نظر می‌رسند.

ترس از قدرت‌گیری رایانش کوانتومی همیشه وجود داشته است. درواقع فعالان حوزه‌ی امنیت همیشه نگران بوده‌اند که قدرت بالای کامپیوترهای کوانتومی، خطوط حفاظتی کلاسیک را تهدید کنند. الگوریتم‌های رمزنگاری بیش از همه‌ی مفاهیم امنیتی، تهدید رایانش کوانتومی را حس می‌کنند. به‌همین دلیل رمزنگارها از سال‌ها پیش تلاش می‌کنند تا بلاک‌چین‌هایی مقاوم در برابر رایانش کوانتومی توسعه دهند؛ بلاک‌چین‌هایی که پس از همه‌گیر شدن فناوری کوانتوم، بتوانند دربرابر هجوم عظیم تهدیدهای گوناگون دوام بیاورند.

یوهان پولکساک، مدیرفنی بلاک‌چین QAN است که با ادعای مقاومت در برابر رایانش کوانتومی توسعه یافت. او در مصاحبه با Bitcoin.com پیرامون مقاومت بلاک‌چین‌ها و الگوریتم‌های رمزنگاری در برابر رایانش کوانتومی می‌گوید:

مشهورترین الگوریتم‌های تولید کلیدهای عمومی امنیتی، از لحاظ نظری در معرض تهدید شکسته‌شدن توسط رایانش کوانتومی هستند. در آینده‌ی نزدیک اکثر داده‌هایی که امروزه رمزنگاری و ذخیره می‌شوند، قابل رمزگشایی با رایانش کوانتومی خواهند بود.دستیابی گوگل به برتری کوانتومی و اجرایی کردن مفاهیم رایانش کوانتوم، خبر قابل‌توجهی به‌نظر می‌رسد. ازطرفی هنوز نمی‌توان موفقیت آن‌ها را به‌صورت کامل تشریح و تفسیر کرد. ما چگونه قدرت بالای کامپیوتر گوگل را تأیید کنیم؟ از کجا می‌دانیم که کامپیوتر آن‌‌ها قدرتمندتر از D-wave است که چهار سال پیش به رکورد ۱۰۰۰ کیوبیت رسید؟

اظهارنظر پولکساک نشان می‌دهد که او ابتدا به قدرت کامپیوتر کوانتومی گوگل شک دارد و انتشار یک گزارش را به‌عنوان سند نهایی برتری کوانتومی نمی‌داند. به‌هرحال او بلاک‌چینی با ادعای مقاومت در برابر رایانش کوانتومی توسعه داده است و پیشرفت‌های کنونی را هنوز به‌طور کامل به‌عنوان تهدید نمی‌شناسد.

توسعه‌دهنده‌های QAN ادعا می‌کنند که تمامی هش‌ها و ثبت‌ سندها در پروتکل این بلاک‌چین، در برابر الگوریتم‌های کوانتومی مقاوم هستند. ، الگوریتم‌های کوانتومی Shor و Grover به‌عنوان الگوریتم‌های جست‌وجو در رایانش کوانتومی شناخته می‌شوند. به‌هرحال پولکساک و تیمش ادعا می‌کنند که رمزنگاری پساکوانتومی (Post-Quantum) توسعه داده‌اند که دربرابر الگوریتم‌ها مقاوم خواهد بود. انتخاب این نام برای فناوری رمزنگاری، نشان‌دهنده‌ی مقاومت احتمالی آن در دنیای خواهد بود که تحت سلطه‌ی ابرکامپیوترهای کوانتومی قرار دارد.

مدل‌های متعددی از رمزنگاری پساکوانتومی وجود دارد. QAN بیش از همه به الگوریتم مبتنی بر شبکه (lattice-based) علاقه دارد. از نمونه‌های دیگر الگوریتم‌های پساکوانتومی می‌توان به رمزنگاری مبتنی بر هش (hash-based) و مبتنی بر کد (code-based) اشاره کرد. ، درحال‌حاضر پروژه‌های تحقیقاتی با تمرکز بر ۶ نوع الگوریتم رمزنگاری پساکوانتومی جریان دارد.

تأثیر بیت‌کوین و دیگر رمزارزها از پیشرفت‌های رایانش کوانتوم، وابستگی زیادی به منبع ارائه‌ی نظر و تحلیل دارد. درواقع برخی متخصصان تهدیدها را جدی و برخی دیگر دور از انتظار می‌دانند. به‌عنوان مثال اندرو یانگ، کاندیدای ریاست جمهوری ایالات متحده که سابقه‌ی قابل‌توجهی هم در دنیای فناوری دارد، در توضیح سیاست‌های خود پیرامون رایانش کوانتومی و استانداردهای رمزنگاری می‌گوید:

کامپیوترهای کوانتومی با استفاده از کیوبیت‌ها به‌صورت نظری قابلیت انجام محاسباتی را دارند که برای شکستن الگوریتم‌های کنونی رمزنگاری کافی خواهد بود. فرایندی که احتمالا در کمتر از یک روز ممکن می‌شود. وقتی آن اتفاق رخ دهد، تمامی داده‌های رمزنگاری‌شده‌ی ما در معرض خطر خواهند بود. به‌بیان‌دیگر کسب‌وکارها، ارتباط‌ها، کانال‌ها، بانکداری و سیستم‌های امنیت ملی قابل دسترسی خواهند بود.برخی پیش‌بینی‌ها، رخ دادن چنین اتفاقی را در یک دهه‌ی آینده یا نزدیک‌تر پیش‌بینی می‌کنند. به‌طور خلاصه این مشکل اکنون وجود دارد و باید هرچه سریع‌تر حل شود. ما باید سرمایه‌گذاری انجام دهیم و استانداردها و سیستم‌های رمزنگاری توسعه دهیم و هرچه سریع‌تر از استانداردهای مقاوم در برابر رایانش کوانتومی برای حفاظت از داده‌های حساس خود استفاده کنیم.

پیشرفت‌ها در حوزه‌ی کوانتومی به‌عنوان تهدیدی برای بیت‌کوین و دیگر رمزارزها شناخته می‌شوند، اما هنوز شواهدی مبنی بر شکسته‌شدن کدهای امنیتی آن‌ها به‌‌وسیله‌ی رایانش کوانتومی وجود ندارد. درواقع حتی ایجاد تهدید هم هنوز اثبات نشده است.

کریس پاسیا در پستی وبلاگی در سال ۲۰۱۳، مثالی برای درک سطح امنیتی الگوریتم‌های رمزنگاری شرح داد. او می‌گوید، برای رمزگشایی استاندارد ۱۲۸ بیتی AES، قدرت پردازشی و زمان بسیار زیادی نیاز خواهد بود. در این پست وبلاگی می‌خوانیم:

اگر هر نفر از هفت میلیارد نفر ساکنان کره‌ی زمین، ۱۰ کامپیوتر با قدرت آزمایش یک میلیارد کلید امنیتی در ثانیه داشته باشند، برای پیدا کردن یک کلید امنیتی ۱۲۸ بیتی AES به ۷۷،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰ سال زمان نیاز خواهند داشت.

پاسیا علاوه بر اظهارنظر بالا می‌گوید که درباره‌ی قدرت کامپیوترهای کوانتومی در پردازش احتمالات، نظر و تخصصی ندارد. البته او می‌گوید که رایانش کوانتومی احتمالا قابلیت رمزگشایی کلیدها را افزایش می‌دهد و شاید الگوریتم ۱۲۸ بیتی را منقرض کند. البته الگوریتم‌های AES-192 و AES-256 هنوز قدرتمند باقی خواهند ماند.

فرایند معدن‌کاوی بیت‌کوین از الگوریتم SHA-256 استفاده می‌کند. به‌علاوه برای ساخت کلیدهای عمومی و خصوصی از رمزنگاری ECDSA استفاده می‌شود. اگر رایانش کوانتومی زمانی موفق به شکستن رمزنگاری‌های SHA-256 شوند، می‌توان از الگوریتمی پیچیده‌تر همچون SHA-512 استفاده کرد.

ویکیپدیا در توضیح الگوریتم‌‌‌های رمزنگاری پساکوانتومی توضیح می‌دهد که با وجود افزایش شانس حمله به رمزنگاری‌های متقارن با استفاده از الگوریتم کوانتومی Grover، دوبرابر کردن طول کلیدهای امنیتی می‌تواند در کاهش شانس مؤثر باشد. درنتیجه الگوریتم‌‌‌های پساکوانتومی لزوما تفاوت چندانی با الگوریتم‌های کنونی ندارند و شاید تنها در ابعاد تفاوت داشته باشند. به‌بیان دیگر با توسعه‌ی همه‌جانبه‌ی رایانش کوانتومی، نیازی به بازطراحی آن‌چنانی در مفاهیم رمزنگاری نخواهد بود. درواقع تنها باید نسخه‌هایی قوی‌تر از الگوریتم‌های کنونی را به کار بگیریم که تنها به بیت بیشتر نیاز خواهند داشت.

درنهایت برخی کارشناسان دنیای فناوری، رایانش کوانتومی و برتری کوانتومی را آن‌چنان امیدوارکننده و کاربردی نمی‌دانند. آن‌ها نگران هستند که این فناوری مسیر همجوشی هسته‌ای را طی کند؛ فناوری‌ای که پس از سال‌ها تنها امیدوارکننده مانده است و کاربرد نهایی بالایی ندارد. از نظر آن‌ها، برتری کوانتومی رخداد آن‌چنان شگفت‌انگیزی نیست و شاید هیچ‌گاه کاربردی نشود. البته در مقابل این نظر، اسناد متعددی مطرح می‌شود که قدرت پردازشی جدید را در حوزه‌های بسیار متنوع علمی و صنعتی، کاربردی می‌داند.