كيفية تهديد الحوسبة الكمية للبلوك تشين

حتى مع ظهور تقنية البلوك تشين كابتكار جديد، تواجه الأصول الرقمية، مثل العملات المشفرة والرموز غير القابلة للاستبدال (NFTs)، بالإضافة إلى نظام التطبيقات اللامركزية (DApps) بأكمله المدعوم بها، التحديات التي تطرحها الحوسبة الكمية. تستغل الحوسبة الكمية، التي تتقدم بسرعة، مبادئ ميكانيكا الكم لصنع أجهزة حاسوب قادرة على حل مشكلات تعتبر معقدة جداً لأجهزة الحاسوب الكلاسيكية أو الثنائية.

تسوق للحوسبة الكمية على أنها العصر القادم للحوسبة، المصمم لتتجاوز أجهزة الحاسوب فائقة القوة (وهي أجهزة كلاسيكية تظهر أداءً متفوقاً بشكل كبير مقارنة بأجهزة الحاسوب التقليدية)، ولديها القدرة على التشكيك في معايير الأمان الحالية بسبب هيمنتها الحسابية. قد تعرض كفاءتها في حل المشكلات المعقدة للغاية أيضاً للإخطر الإدراك السائد حول عدم قابلية تغيير تقنية البلوك تشين.

الحوسبة الكمية، مع إمكاناتها لإزعجة بروتوكولات الأمان الرقمي، قد تساعد الكيانات الخبيثة في تنظيم هجمات على العملات المشفرة وتطبيقات البلوك تشين المختلفة، على الرغم من أن التكنولوجيا لا تزال في مراحلها التطويرية الأولية. 

وبالتالي، يصبح من الضروري فهم ما يجعل أجهزة الحاسوب الكمية قوية بشكل هائل وتمييز كيفية تهديدها للتطبيقات المدعومة بالبلوك تشين في المستقبل. بينما يترنح النظام البيئي للعملات المشفرة العالمي على حافة القبول الرئيسي، يجب على المطورين ورواد الأعمال التنقل في مناطق غير معروفة فيما يتعلق بخوارزميات التشفير والابتكار للتخفيف من التهديدات المنبثقة من الحوسبة الكمية.

مبادئ عمل الحاسوب الكمي 

الفرق الرئيسي بين أجهزة الحاسوب الكمية ونظيراتها الكلاسيكية أو الثنائية يكمن في نهجها لاستخدام الحالات لتمثيل الأرقام في الحسابات المعقدة. تستخدم أجهزة الحاسوب الكلاسيكية البتات لتشفير المعلومات بصيغة ثنائية (0 أو 1)، بينما تستغل أجهزة الحاسوب الكمية البتات الكمية، أو

خذ المثال البسيط لتمثيل رقم بين 0 و 255. تتطلب الحواسيب الكلاسيكية ثمانية بتات لتمثيل أي رقم ضمن هذا النطاق. في المقابل، يمكن لجهاز الحوسبة الكمية تمثيل جميع الأرقام الـ 256 في وقت واحد باستخدام ثمانية كيوبتات.

تتيح هذه الخاصية لأجهزة الحوسبة الكمية النظر في العديد من التركيبات وتنفيذ حسابات معقدة بسرعة تفوق بكثير قدرات حتى أكثر الحواسيب الفائقة تطوراً. باستخدام عناصر فائقة التوصيل تظهر مقاومة منخفضة للغاية لتدفق الإلكترونات عند تبريدها إلى درجات حرارة دون الصفر، تمتلك أجهزة الحوسبة الكمية بشكل طبيعي حساسية للحرارة، والموجات الكهرومغناطيسية، وحتى التعرض للهواء، مما يؤدي إلى خسائر في الحسابات في البيئات غير المثلى.

لذلك، قد تكون الحققة القادمة من الحوسبة محصورة بين قدرات الحواسيب الكلاسيكية الحالية وأجهزة الحوسبة الكمية المتقدمة، ما لم تتحقق تقدمات كبيرة في صنع أجهزة حوسبة كمية مناسبة للاستخدام الشائع.

قامت شركة آي بي إم (IBM) بهندسة نظامها الكمي System One، وهو نظام حوسبة كمية متكامل يتميز بمعالج يتكون من 127 كيوبت. ومع ذلك، مع تقدم الحوسبة الكمية بسرعة مذهلة، فإن تحقيق معالج حوسبة كمية يتكون من 1,000 كيوبت ليس بعيد المنال.

تتوقع شركة آي بي إم (IBM) الكشف عن معالج حوسبة كمية يتكون من 1,121 كيوبت بحلول عام 2023، من المتوقع أن يجعل التطبيقات على النطاق الصناعي قابلة للتنفيذ ويوفر قدرة حوسبية تفوق بكثير قدرة أقوى حاسوب فائق في العالم.

هل العملات المشفرة عرضة لهجمات الحوسبة الكمية؟

توقعًا لظهور أجهزة الحوسبة الكمية النقية في السوق، من المرجح أن تكون الموجة القادمة من الحوسبة مدعومة من قبل الحواسيب الفائقة المعززة كميًا، والتي تجمع بين سير العمل الكلاسيكي والكمي.

قد تمتلك مثل هذه الأجهزة قدرة حوسبية تتراوح بين 50 و 1,000 كيوبت، لا سيما في ضوء الكشف عن معالج IBM Quantum Osprey المكون من 433 كيوبت في 9 نوفمبر 2022، والذي حدث بعد أقل من عام من إطلاق معالج Eagle المكون من 127 كيوبت.

نظرًا للقوة الهائلة لأجهزة الحوسبة الكمية الحالية وتوفرها المحدود، قد يستنتج المرء بسهولة أن هناك وقتًا كافيًا قبل أن تشكل أجهزة الحوسبة الكمية تهديدًا ملموسًا للعملات المشفرة.

على الرغم من الإمكانات الوفيرة المقدمة، سيظل تحقيق ميزة كمية أمرًا بعيد المنال ما لم يتم ابتكار تقنيات متقدمة لكبت الأخطاء وتعزيز سرعات الحساب دون مشاكل مصاحبة.

حتى عند استكشاف السيناريو الذي تتغلب فيه الحوسبة الكمية على التشفير الذي تدعمه العملات المشفرة، ستكون هناك حاجة إلى كمية هائلة من القوة الحوسبية لشن هجوم تخزين، حيث يتم استهداف عناوين المحافظ ذات المفتاح العام لسرقة الأموال المحتواة. بالنسبة لسلسلة كتل مثل شبكة الإيثريوم، سيتطلب تنفيذ مثل هذا الهجوم التخزين أكثر من 10 ملايين كيوبت من القوة الحوسبية.

في حال حدوث هجوم عابر، حيث يستغل فاعل خبيص قوة حوسبة كمومية هائلة للسيطرة على المعاملات ضمن فترة الكتلة، يكون النطاق أكبر بكثير لأنه يستهدف جميع العقد. ومع ذلك، ونظراً للضرورة الحتمية بتنفيذ الهجوم قبل إضافة كتلة جديدة إلى شبكة البلوكشين، فإن المهاجمين مقيدون بعدة دقائق لبيتكوين وعدة ثوانٍ لإيثريوم لإتمام هجوم عابر.

يتطلب تنفيذ مثل هذا الهجوم بنجاح مليارات من الكيوبتات من قوة الحوسبة الكمومية، مما يمنح مطوري البلوكشين وقتاً كافياً لتصميم وتنفيذ خوارزميات توقيع تشفيرية جديدة منيعة ضد الهجمات الكمومية.

هل بيتوك معرض لخطر سرقة الحواسيب الكمومية؟

كسر التشفير الذي يحمي بيتكوين سيتطلب نشر هائل لقوة الحوسبة الكمومية، وذلك تحت تنسيق كيان واحد يدير عملية السرقة.

يشير باحثون من جامعة ساسكس إلى أن حاسوباً كمومياً مزوداً بـ 1.9 مليار كيوبت من قوة المعالجة سيكون ضرورياً للاختراق داخل شبكة بيتكوين خلال فترة 10 دقائق. هذا الوضع يعني أن المخترقين سيحتاجون إلى حشد ملايين الحواسيب الكمومية، وهو سيناريو يبدو غير مرجح في المستقبل القريب.

إذا تم النشر بقوة حوسبة أقل، فإن تنفيذ الهجوم سيؤدي إلى إطالة الوقت المطلوب بشكل أسي، مما يوفر فرصة كافية لتعطيل العقد المتأثرة وإعادة تأهيل الشبكة. بينما يبدو هجوم التخزين أكثر قابلية للتحقيق، فإن العملات المشفرة، بما في ذلك بيتكوين، ستحتاج حتماً إلى بدء تعديلات على بروتوكول البلوكشين الأساسي للتعامل مع مثل هذه الاحتمالات.

على الرغم من أن هذه الاستراتيجية قد تجعل محافظ بيتكوين عرضة للهجمات المستقبلية، إلا أن مثل هذه التغييرات تبدو أسهل في التنفيذ من إدخال خوارزمية تشفير جديدة. يستخدم بيتكوين حالياً خوارزمية التوقيع الرقمي للمنحنى الإهليلجي (ECDSA)، وهي منهجية تشفيرية تتميز بخوارزميات توقيع وتحقق منفصلة تستخدم المفتاح الخاص للمستخدم والمفتاح العام والتوقيع لضمان إنفاق الأموال من قبلهم فقط.

ومع ذلك، تتطلب البلوكشينات العامة إجماعاً بين المستخدمين الكبار للموافقة على أي تعديلات على بروتوكولاتها، مما يعني أن حتى إجراء تغييرات على بروتوكول بيتكوين قد يستغرق وقتاً أطول مما هو متوقع. إدراكاً للحاجة الملحة إلى البرمجيات والحلول التشفيرية المقاومة للكمبيوتر الكمومي، تسعى العديد من المشاريع في مجال العملات المشفرة بشدة لتحقيق هذا الهدف.

مستقبل بيتكوين، في عصر أصبحت فيه الحوسبة الكمومية سائدة، سيحتاج على الأرجح إلى الانتقال إلى نظام دفتر أستاذ أكثر تقدماً ومقاوماً للكمبيوتر الكمومي، وذلك بتنسيق خوارزمية تشفيرية مبتكرة.

هل تعني الحوسبة الكمومية نهاية العملات المشفرة؟

من المؤكد أن الحواسيب الكمومية ستحدث ثورة في مختلف القطاعات من خلال المساعدة في المحاكاة الجزيئية، وتعزيز تطوير المواد الموفرة للطاقة والأدوية الأكثر فعالية، وتحسين المحفزات، مما قد يفيد العديد من صناعات التصنيع.

على الرغم من أن الدافع الأساسي وراء الحواسيب الكمومية هو حل أكثر المشكلات تعقيداً في العالم، إلا أنه يمكن لهذه الآلات أن تُستخدم لإطلاق الفوضى على البلوكشينات العامة وشبكات العملات المشفرة من قبل كيانات خبيثة.

الإجابة على سؤال حول مدى بقاء البلوكشين في مواجهة الحوسبة الكمومية تتطلب تطور التكنولوجيا إلى نظام دفتر أستاذ مقاوم للكمبيوتر الكمومي خلال العقد القادم. هذا التطور ضروري بشكل رئيسي لأن الحواسيب الكمومية قد تجمع ما يكفي من القوة لمهاجمة العملات المشفرة خلال السنوات 10-15 القادمة.

تتمثل إحدى الحلول الممكنة في تكبير أحجام المفاتيح، على الرغم من أن جدوى مضاعفة أعداد المفاتيح باستمرار كإجراء مضاد للحواسيب الكمومية التي تتعزز باستمرار لا تزال بحاجة إلى التأكيد.

تظهر نظريات تشفيرية مبتكرة، مثل التشفير القائم على الشبكات (حيث يتم دمج الضوضاء الرياضية في التشفير لإرباك الحاسوب الكمومي)، والخوارزميات المقاومة للكمبيوتر الكمومي، التي تستند إلى مشاكل رياضية، كمسارات محتملة للأمام.

تم تصميم المنهجية الأخيرة بطريقة تعوق كل من الحواسيب الكلاسيكية والكمومية، مما يحافظ على صلتها وأمانها في كلا المجالين الحسابيين. بغض النظر عما إذا كانت العملات المشفرة تتضمن شبكات منظمة أو خوارزميات قائمة على التجزئة، فإن العامل الحاسم سيكون التفوق المستمر على قدرات الحواسيب الكمومية.

لذلك، في حين أن الحوسبة الكمومية لا تشكل حالياً تهديداً مباشراً للعملات المشفرة بصيغتها الحالية، فإن جهداً موحداً سيكون ضرورياً لدفع مجموعة من التعديلات التي ستحمي هياكل الحوكمة اللامركزية من الخطر الوشيك للحواسيب الفائقة الكمومية.

هل ستعطل الحواسيب الكمومية تعدين إثبات العمل؟

تعتمد العديد من العملات المشفرة الشائعة، بما في ذلك بيتكوين، على تعدين إثبات العمل (PoW) لتعزيز أمان بروتوكولات البلوكشين الأساسية. يتطلب نهج إثبات العمل من المشاركين في الشبكة، المسمى بالمعدنين، الانخراط في سباق تنافسي ليكونوا أفضل حلّين لألغاز رياضية معقدة، وبالتالي التحقق من المعاملات الجديدة على البلوكشين. تُمنح العملة المشفرة -المعروفة باسم مكافآت الكتلة- للفائز في هذا السباق الحسابي.

في وقت لاحق، يمكن لحاسوب كمومي أن يسرع بشكل أسي حل ألغاز التعدين مقارنة بأجهزة التعدين المعاصرة، مما يتيح لأولئك الذين يمتلكون قدرات الحوسبة الكمومية تراكم مكافآت التعدين بوفرة. علاوة على ذلك، يتيح لهم ذلك الهيمنة المحتملة على عملية التحقق من المعاملات من خلال الاستحواذ على جزء كبير من القوة الحسابية للشبكة، وهو سيناريو يُعرف بهجوم 51%. 

بينما يرى بعض الباحثين أن الحواسيب الكمومية قد لا تتمكن عملياً من تنفيذ هجوم 51% على بيتكوين حتى عام 2028 على الأقل، تشير الأدلة الناشئة إلى أن مثل هذا الحدث قد يحدث في وقت أبكر.

الخلاصة

تقاطع الحوسبة الكمومية وتكنولوجيا البلوكشين يكشف عن ساحة معركة جديدة في مجال الأمن السيبراني والأصول الرقمية. تمثل الحواسيب الكمومية، بقوتها الحسابية الهائلة، حليفاً غير مسبوق وعدواً محتملاً لتقنيات البلوكشين والعملات المشفرة. بينما تحمل إمكانات لحل بعض أكثر المشكلات تعقيداً في مجالات مختلفة، فإن قدرتها على تقويض أنظمة التشفير الآمنة حالياً لا يمكن إنكارها. 

وبالتالي، فإن بقاء البلوكشين والعملات المشفرة في مستقبل تهيمن عليه الحوسبة الكمومية مرهون بالتطور الاستباقي للخوارزميات التشفيرية وآليات الأمان التي تكون مقاومة للقدرات الهائلة للآلات الكمومية. يتطلب العقد القادم جهداً جماعياً جاداً من المطورين وعلماء التشفير وأصحاب المصلحة في الصناعة للابتكار والتكيف وحماية الأصول الرقمية اللامركزية ضد التهديدات الكمومية الناشئة، مما يضمن الاستمرارية والأمان المستقبليين للعملات المشفرة وتقنيات البلوكشين في مستقبل متشابك مع الحوسبة الكمومية.