آیا کامپیوترهای کوانتومی امنیت بیت کوین را تهدید می‌کنند؟

تصور کنید روزی از خواب بیدار شوید و ببینید تمام شبکه بیت ‌کوین در عرض چند ساعت فروپاشیده است. میلیون‌ها کاربر، دیگر به دارایی‌های خود دسترسی ندارند، قیمت بیت ‌کوین به پایین‌ترین حد تاریخ سقوط کرده و ماینرها دستگاه‌های خاموش و بی‌ارزش شده‌اند. سناریویی که تا همین چند سال پیش تخیلی به‌نظر می‌رسید، اما امروز با پیشرفت خیره‌کننده کامپیوترهای کوانتومی دیگر آن‌قدر دور از ذهن نیست.

این نسل از کامپیوترها می‌توانند در آینده نزدیک معادلات امنیتی فعلی را زیرورو کنند و آنچه روزی غیرقابل نفوذ تلقی می‌شد را در چند دقیقه بشکنند. اما آیا تهدید کامپیوترهای کوانتومی واقعاً می‌تواند به این نقطه برسد؟ در این مقاله به بررسی موضوع کامپیوترهای کوانتومی و استخراج بیت کوین می‌پردازیم.

کامپیوتر کوانتومی چیست و چگونه کار می‌کند؟

کامپیوترهای کوانتومی نسل جدیدی از ماشین‌های محاسباتی هستند که برخلاف منطق دودویی صفر و یک در کامپیوترهای کلاسیک، بر پایه قوانین فیزیک کوانتوم کار می‌کنند. در کامپیوترهای رایج، داده‌ها با بیت‌ها (۰ و ۱) نمایش داده می‌شوند اما در سیستم‌های کوانتومی، واحد اطلاعات آن کیوبیت (Qubit) است که می‌تواند به‌صورت هم‌زمان در حالت صفر، یک یا ترکیبی از هر دو قرار گیرد.

این ویژگی که به آن برهم‌نهی (Superposition) می‌گویند، باعث می‌شود کامپیوتر کوانتومی بتواند چندین مسیر محاسباتی را به‌صورت هم‌زمان انجام دهد؛ موضوعی که حتی سریع‌ترین ابر کامپیوترهای فعلی نیز از انجام آن عاجز هستند.

قدرت واقعی این سیستم‌ها از ویژگی دیگری به نام درهم‌تنیدگی (Entanglement) می‌آید. وقتی چند کیوبیت به‌صورت درهم‌تنیده کار می‌کنند، تغییر در وضعیت یکی از آن‌ها بلافاصله بر دیگری تأثیر می‌گذارد. این ارتباط لحظه‌ای میان کیوبیت‌ها، قدرت چند برابری به محاسبات می‌دهد و امکان حل مسائلی را فراهم می‌کند که کامپیوترهای کلاسیک باید میلیاردها سال برای آن زمان صرف کنند.

با‌وجود تمام این ویژگی‌ها، فناوری کوانتوم هنوز در مرحله اولیه قرار دارد. سیستم‌های فعلی تنها قادر به مدیریت چندصد کیوبیت هستند و برای حفظ پایداری، نیاز به دماهایی نزدیک به صفر مطلق دارند. اما روند رشد فناوری بسیار سریع سپری می‌شود و شرکت‌هایی مانند گوگل، به‌دنبال ساخت کامپیوترهای کوانتومی پایدار با میلیون‌ها کیوبیت هستند. درصورتی‌که این هدف تحقق یابد، جهان محاسبات وارد عصر تازه‌ای خواهد شد و تهدید کامپیوترهای کوانتومی برای بیت کوین وارد فاز جدی‌تری می‌شود.

چرا کامپیوترهای کوانتومی تهدیدی برای رمزنگاری محسوب می‌شوند؟

امنیت بیت ‌کوین و بسیاری از فناوری‌های دیجیتال بر پایه رمزنگاری نامتقارن بنا شده است؛ جایی که هر کاربر یک کلید خصوصی و یک کلید عمومی دارد. در این رویکرد، الگوریتم‌هایی مانند رمزنگاری منحنی بیضوی (ECDSA) به این دلیل امن هستند که محاسبه‌ معکوس بین این دو کلید برای کامپیوترهای کلاسیک غیرممکن است. اما کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند با استفاده از الگوریتم شور (Shor) این قفل‌های ریاضی را حل کنند.

این الگوریتم در واقع قادر است مسائل فاکتورگیری و لگاریتم گسسته که پایه‌ اصلی رمزنگاری بازار ارز دیجیتال محسوب می‌شود را میلیون‌ها برابر سریع‌تر از سیستم‌های معمولی پردازش کند. به زبان ساده، چیزی که برای یک ابر کامپیوتر هزاران سال طول می‌کشد، برای یک کامپیوتر کوانتومی قدرتمند ممکن است چند ساعت یا حتی چند دقیقه زمان ببرد.

اگرچه درحال‌حاضر چنین کامپیوتر کوانتومی قدرتمندی عملی نشده و فناوری هنوز در مراحل اولیه است، اما پژوهش‌ها نشان می‌دهد که در صورت تحقق، امنیت استخراج بیت کوین و دیگر سیستم‌های رمزنگاری مبتنی بر کلید خصوصی و عمومی در برابر حملات کوانتومی به شدت تهدید خواهد شد.

کدام بخش‌های بیت کوین ممکن است توسط محاسبات کوانتومی آسیب‌پذیر شوند؟

کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند بخش‌های مختلفی از ساختار بیت ‌کوین را تحت‌تأثیر قرار دهند، اما شدت این تهدید در هر بخش متفاوت خواهد بود. بیشترین خطر متوجه کیف ‌پول‌ها و کلیدهای خصوصی است، بخشی که امنیت تراکنش‌ها و مالکیت بیت ‌کوین به الگوریتم‌های رمزنگاری وابسته است. در کنار آن، استخراج بیت کوین و حتی سازوکار اجماع شبکه اثبات کار (Proof of Work) نیز می‌توانند به شکل تئوری در معرض خطر قرار گیرند.

کیف پول‌ها و کلیدهای خصوصی

اصلی‌ترین نقطه ضعف بیت ‌کوین در برابر تهدید کوانتومی مربوط به کیف پول‌های دیجیتال است. هر کیف پول از کلید خصوصی برای امضای تراکنش‌ها استفاده می‌کند، اما در برخی انواع آدرس‌ها، کلید عمومی در بلاک ‌چین قابل مشاهده است. اگر کامپیوتر کوانتومی قدرتمند بتواند با استفاده از الگوریتم شور، کلید خصوصی را از کلید عمومی استخراج کند، دارایی موجود در آن آدرس به‌طور کامل قابل سرقت خواهد بود.

استخراج بیت ‌کوین

الگوریتم استخراج بیت ‌کوین بر پایه‌ توابع هش SHA-256 عمل می‌کند که در برابر حملات کلاسیک مصون است. با‌این‌حال، کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند با بهره‌گیری از الگوریتم گروور (Grover) سرعت یافتن هش معتبر را حدود دو برابر افزایش دهند. هرچند این برتری در عمل برای شکستن سیستم کافی نیست، اما می‌تواند توازن قدرت در استخراج بیت کوین را بر هم بزند.

سازوکار اجماع شبکه (Network Consensus)

اجماع بیت‌ کوین بر پایه‌ همکاری صادقانه‌ ده‌ها هزار نود در سراسر جهان است. در تئوری، کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند با توان پردازشی فوق‌العاده خود حملات گسترده‌ای مانند حمله سیبیل (Sybil Attack)، تأیید بلاک‌ها را ساده‌تر و جعل کنند.

البته اجرای چنین حملاتی در دنیای واقعی بسیار پیچیده است؛ زیرا نیاز به توان محاسباتی عظیم و دسترسی هم‌زمان به بخش بزرگی از شبکه دارد. با‌این‌حال، در صورت پیشرفت سریع فناوری کوانتومی، این تهدید نیز نباید نادیده گرفته شود.

قدرت تئوریک حمله کوانتومی به بیت کوین

در سطح نظری، حمله کوانتومی قدرتمند می‌تواند دو مسیر متفاوت را برای به‌خطر انداختن بیت ‌کوین ایجاد کند، شکستن امضاها و تسریع فرایند هش‌سازی. در بخش امضاها، الگوریتم شور به‌طور مستقیم توان حل مسئله‌های پایه‌ای رمزنگاری منحنی بیضوی را دارد و از روی کلید عمومی می‌تواند کلید خصوصی را استخراج کند اما مقدار واقعی منابع مورد نیاز برای اجرای چنین حمله‌ای بسیار بالا خواهد بود.

طبق تخمین‌های انجام شده، برای تحقق چنین حمله‌ای بین چند میلیون تا چند صد میلیون کیوبیت نیاز خواهد بود. باوجوداین نکته کلیدی این است که در کنار میزان کیوبیت‌ها، نیاز به حل پردازش بدون خطا نیز وجود دارد و ما عملا در کامپیوترهای کوانتومی، به‌دلیل حساس بودن به نویز، شاهد خطا در محاسبات نیز هستیم.
موضوعی که در بحث ورود به حوزه استخراج بیت کوین نیز وجود خواهد داشت؛ بنابراین تا زمانی‌ که چالش وجود خطا  و مقیاس‌پذیری حل نشده باشند، این تهدید فقط روی کاغذ و به‌صورت تئوری خواهد بود.

برای مقابله با خطرات کامپیوترهای کوانتومی چه باید کرد؟

در برابر تهدید کامپیوترهای کوانتومی، هیچ راه‌حل جادویی وجود ندارد. اما رویکرد درست، ترکیبی از اقدامات ساده و فوری برای کاربران و آماده‌سازی فنی تدریجی در سطح شبکه است. در کوتاه‌مدت می‌توان با رفتارهای مناسب و احتیاط، ریسک را به‌شدت کاهش داد و در میان‌مدت و بلندمدت هم باید با ارتقای الگوریتم‌ها و پروتکل‌ها، بیت ‌کوین را برای زمان پسا کوانتومی آماده کرد. اقداماتی که در جدول زیر به‌بررسی آن‌ها می‌پردازیم.

کلام پایانی | تهدید کامپیوترهای کوانتومی علیه بیت کوین

محاسبات کوانتومی هنوز در ابتدای راه است، اما سرعت رشد آن نشان می‌دهد که این تهدید را نمی‌توان نادیده گرفت. قدرت این فناوری می‌تواند ساختار رمزنگاری فعلی را در هم بشکند و کیف ‌پول‌ها، استخراج بیت‌ کوین و حتی اجماع شبکه را تحت تأثیر قرار دهد. با‌این‌حال، بیت‌ کوین در طول عمر خود بارها با چالش‌های فنی و اقتصادی روبه‌رو شده و هر بار با نوآوری و به‌روزرسانی دوام آورده است.