رایانش کوانتومی و تهدیدهای آن برای امنیت رمزارزها
یک نگاه عملیاتی به کیوبیتها، الگوریتمهای کوانتومی، نقاط آسیبپذیر بیتکوین و اتریوم، و نقشهراه دفاع پساکوانتومی
خلاصه سریع
رایانش کوانتومی با بهرهگیری از برهمنهی و درهمتنیدگی، توان محاسباتی متفاوتی نسبت به رایانههای کلاسیک ارائه میدهد. این مزیت میتواند الگوریتمهای رمزنگاری رایج مانند ECDSA (امضاهای بیتکوین) و برخی طرحهای مبتنی بر محاسبات منحنیهای بیضوی را در معرض خطر قرار دهد.
هرچند حملات تمامعیار به شبکههای بزرگ در کوتاهمدت بعید است، اما مهاجرت تدریجی به رمزنگاری پساکوانتومی و مدیریت ریسک کیفپولهای قدیمی باید از همین امروز آغاز شود.
رایانش کوانتومی چیست؟
کیوبیتها و برهمنهی
در رایانه کلاسیک، بیت یا ۰ است یا ۱؛ اما کیوبیت میتواند بهصورت برهمنهی همزمان نمایندهٔ حالتهای ۰ و ۱ باشد. این وضعیت اجازه میدهد یک مدار کوانتومی بهطور موازی فضای بزرگی از حالات را کاوش کند و در مسائل خاص، سرعتجهشی نسبت به محاسبات کلاسیک به دست آورد.
درهمتنیدگی و توان همبستگی
درهمتنیدگی وابستگی غیرکلاسیکی میان کیوبیتها ایجاد میکند؛ تغییر در یک کیوبیت، توزیع احتمالات کیوبیت دیگر را تحت تأثیر قرار میدهد. این همبستگیِ قوی، امکان طراحی الگوریتمهایی را فراهم میکند که بهصورت جمعی روی حالتهای متعدد کار میکنند و خروجی بهینهتری تولید میکنند.
اندازهگیری و فروکاهش
تا زمانی که اندازهگیری انجام نشده، سیستم کوانتومی روی طیفی از حالات محاسبه میکند. هنگام اندازهگیری، حالت به یکی از نتایج کلاسیک فرو میریزد. هنر الگوریتمهای کوانتومی در هدایت تکامل حالت بهگونهای است که احتمال دریافت پاسخ درست هنگام اندازهگیری بیشینه شود.
تفاوتهای کلیدی با رایانههای کلاسیک
- مدل محاسبات: کلاسیک مبتنی بر توالی گامها روی بیتها؛ کوانتومی مبتنی بر تحول حالتهای کیوبیتها و تداخل سازنده/مخرب.
- مزیت الگوریتمی: در مسائل خاص مانند تجزیه اعداد بزرگ و جستوجوی نامرتب، کوانتوم برتری نظری دارد؛ نه لزوماً روی همهٔ مسائل.
- محدودیت عملی: نویز، نرخ خطا و نیاز به تصحیح خطا باعث میشود سامانههای فعلی هنوز عمومیسازیِ مزیت کوانتومی را دشوار کنند.
تهدیدهای کوانتومی برای رمزارزها
شکستن امضاهای دیجیتال (ECDSA)
امنیت بیتکوین و بسیاری از شبکهها به امضاهای ECDSA وابسته است. الگوریتم Shor روی رایانههای کوانتومیِ با مقیاس کافی میتواند محاسبات مربوط به منحنیهای بیضوی را سریعتر حل کند و راه را برای استخراج کلید خصوصی از کلید عمومی باز کند.
آدرسهای افشاشده و کیفپولهای قدیمی
خروجیهای خرجشده که کلید عمومیشان قبلاً روی زنجیره آشکار شده، زودتر در معرض خطرند. مهاجرت داراییها از این خروجیها به طرحهای امنتر باید بهصورت برنامهریزیشده انجام گیرد.
هشینگ و اثبات کار
توابع هش مانند SHA-256 در برابر Shor آسیبپذیر نیستند؛ اما الگوریتم Grover میتواند جستوجوی تصادفی را بهبود دهد و بهصورت نظری مزیت ریشهدوم فراهم کند. این مزیت، عملیاتیسازیِ حملهٔ مستقیم به اثبات کار را دشوار نگه میدارد، اما در طراحی آستانههای امنیتی باید لحاظ شود.
قراردادهای هوشمند و لایههای کاربردی
قراردادها بهطور مستقیم هدف کوانتوم نیستند، اما هر جایی که امضا، احراز هویت یا کلیدهای عمومی/خصوصی استفاده شود، باید سازگاری با طرحهای مقاوم پساکوانتومی در نظر گرفته شود.
جدول زمانی واقعبینانه
- کوتاهمدت (تا ۵ سال): رایانههای کوانتومی نویزی با تعداد کیوبیت محدود؛ حملات تمامعیار به شبکههای بزرگ بعید، اما پژوهش و آزمایشهای مهاجرت ضروری است.
- میانمدت (۱۰–۲۰ سال): با پیشرفت تصحیح خطا و مقیاسپذیری، ریسک عملیاتی افزایش مییابد؛ باید طرحهای امضا و مدیریت کلید بهصورت هماهنگ ارتقا یابد.
- بلندمدت: شبکههایی که زودتر به معماریهای مقاوم گذار کنند، مزیت امنیتی و اعتماد بازار را حفظ خواهند کرد.
راهکارهای پساکوانتومی و نقشهراه مهاجرت
اصول فنی مقاومسازی
- رمزنگاری مبتنی بر شبکهها (Lattice-based): خانوادهٔ الگوریتمهایی مانند طرحهای امضای مبتنی بر شبکه که نسبت به Shor مقاوماند.
- طرحهای هیبریدی: ترکیب امضاهای کلاسیک با امضاهای پساکوانتومی برای کاهش ریسک در دورهٔ گذار.
- تصحیح خطای کوانتومی: رصد پیشرفتهای تصحیح خطا جهت بهروزرسانی ارزیابی ریسک و زمانبندی مهاجرت.
راهنمای عملی برای کاربران و پروژهها
- ممیزی آدرسها: شناسایی خروجیهایی که کلید عمومیشان افشا شده و برنامهریزی برای انتقال به طرحهای امنتر.
- سیاستهای کلید: استفاده از طرحهای چندامضایی و چرخش دورهای کلیدها تا زمان پیادهسازی کامل امضاهای پساکوانتومی.
- حاکمیت شبکه: آمادهسازی ارتقاهای پروتکل و مکانیزمهای رأیگیری برای پذیرش استانداردهای جدید بهصورت بدون وقفه.
برای ناشران و توسعهدهندگان، ارائهٔ مسیر مهاجرت مرحلهای (آزمایشی، هیبریدی، اجباری) همراه با ابزارهای مهاجرت کلید و راهنمای کاربر، اعتماد بازار را بهصورت ملموس افزایش میدهد.
جمعبندی
تهدید کوانتومی برای رمزارزها واقعی است، اما تدریجی و قابل مدیریت. شبکهها باید از امروز برای آیندهٔ پساکوانتومی برنامهریزی کنند: ممیزی ریسک، آزمایش امضاهای مقاوم، طراحی هیبرید و تدوین سیاستهای مهاجرت.
کاربرانی که دارایی خود را در خروجیهای افشاشده نگهداری میکنند، در اولویت مهاجرت قرار دارند. با اتخاذ رویکرد مرحلهای، میتوان امنیت و مقیاسپذیری را بدون ایجاد اختلال در فعالیت شبکهها حفظ کرد.
