هل يمكن لجهاز كمبيوتر كمي كسر صدفة عملات التشفير؟

لعدة سنوات حتى الآن، كان مجتمع العملات المشفرة خائفًا من حقيقة أنه في يوم من الأيام سيكون هناك أجهزة كمبيوتر كمومية يمكنها اختراقblockchain في بضع دقائق ، وسوق التشفير سوف ينتهي. تعتبر Google رائدة في السباق لإنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية.

24 سبتمبر 2019 الطبعة الأمريكيةقالت فايننشال تايمز إن الشركة حققت طفرة في مجال الحوسبة الكمومية ، حيث حققت "تفوق الكم" - وهي تجربة أثبتت تفوق الكمبيوتر الكمومي على كمبيوتر كلاسيكي.

كان الكمبيوتر الكمي لشركة Google قادراً على الأداءالحوسبة في 3 دقائق و 20 ثانية فقط ، والتي ستستغرق 10 آلاف عام لأقوى حاسوب عملاق في العالم (IBM Summit ، الذي تم إطلاقه في 2018 بسعة 200 كوادريليون عملية في الثانية) ، و 5.7 مليار سنة لخادم Google Cloud.

اكتشف Mining-Cryptocurrency.ru المخاطر التي يحملها "التفوق الكمي" من Google ، ومدى قرب الشركة من إنشاء كمبيوتر كم ، وما إذا كان يشكل تهديدًا لشبكات blockchain.

السباق على الكمبيوتر الكم الأول

الكمبيوتر الكمومي هو نظام حوسبة ،باستخدام ميكانيكا الكم (ظاهرة تراكب الكم والتشابك الكمومي) لنقل المعلومات ومعالجتها. لتخزين المعلومات ومعالجتها ، تستخدم أجهزة الكمبيوتر العادية وحدات ثنائية تسمى bits ، والتي يمكن أن تمثل إحدى حالتين محتملتين: 0 أو 1.

أجهزة الكمبيوتر الكمومية تستخدم بت الكم(وحدات البت) ، والتي يمكن أن تكون 0 و 1 في نفس الوقت. وتسمى هذه الظاهرة التراكب. وبفضل هذا ، يمكن لجهاز كمبيوتر الكم معالجة المعلومات بملايين ومرات أسرع من أجهزة الكمبيوتر التقليدية.

حالة التراكب، وهو أمر ضروري لمن الصعب إجراء العمليات الحسابية، بل ومن الصعب جدًا الحفاظ عليها. يقوم الفيزيائيون بذلك عن طريق استخدام أشعة الليزر والميكروويف لجعل الكيوبتات في حالة عمل، ومن ثم استخدام مجموعة متنوعة من التقنيات لحمايتها من أدنى تقلبات درجات الحرارة والضوضاء والموجات الكهرومغناطيسية. تتمثل الصعوبة التقنية الرئيسية في فك الترابط في أنه عند الاتصال بالبيئة الخارجية، تصبح الأنظمة الكمومية كلاسيكية وترتكب الأخطاء.

لا توجد أجهزة كمبيوتر عملاقة كاملة بعد - في الوقت الحاليتم تطوير أنظمة تجريبية فقط تعمل وفقًا لخوارزميات معينة. لا تسمح التقنيات الحديثة بإنشاء كمبيوتر كمومي يمكنه حل المشكلات العالمية.

يتم تحديد قوة الحوسبة الكموميةكم عدد البتات التي يمكن لجهاز الكمبيوتر استخدامها في وقت واحد. أجريت التجارب الأولى في أواخر تسعينيات القرن الماضي على معالجات متواضعة مكونة من 2 كيلو بايت. منذ ذلك الحين ، كانت التكنولوجيا تتحسن ببطء ولكن باستمرار ، مما أدى إلى زيادة عدد البتات.

إنشاء المتخصصين من D- الموجةكمبيوتر الكم 2000 بت ؛ تفتخر Google بمعالج Bristlecone سعة 72 كيلو بايت ، بينما تمتلك IBM طرازًا بحجم 50 كيلو بايت. تشارك Microsoft و Intel وشركات التكنولوجيا الكبرى والشركات الناشئة أيضًا في السباق لإنشاء جهاز كمبيوتر كمّي.

سوف أجهزة الكمبيوتر الكم جعلالنمذجة الكيميائية والفيزيائية الممكنة ، محاكاة العمليات المختلفة ، احتمالات التنبؤ ، معالجة المصفوفات الهائلة للبيانات الفلكية وأي بيانات أخرى.

ما مدى قرب Google من إنشاء كمبيوتر الكم

ظهرت مقالة تحتوي على معلومات حول نجاح Googleعلى موقع وكالة ناسا، ولكن تم حذفه بعد بضع ساعات - على الأرجح، لا يزال المنشور بحاجة إلى الخضوع لمراجعة أولية، وقد يستغرق ذلك عدة أشهر. ومع ذلك، ظلت نسخة من المقال في ذاكرة التخزين المؤقت. ولم تعلق ناسا ولا جوجل حتى الآن على هذا الأمر. في عام 2018، أبرمت جوجل اتفاقية مع وكالة ناسا لاستخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة التابعة للوكالة للتحقق من الحسابات التي أجرتها الشركة باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية.

وصفت الشركة نفسها الأخيرةالإنجاز باعتباره "علامة فارقة على الطريق إلى الحوسبة الكمومية واسعة النطاق" وقال إن التقدم نحو كمبيوتر كمي كامل سوف ينمو الآن "بسرعة أسية مضاعفة" - أي أسرع من مرتين كل عامين.

التفاصيل الفنية الدقيقة حول كيفية عملهاجوجل الكمبيوتر لا. من المعروف فقط أنه بدلاً من 73-bit Bristlecone ، استخدمت الشركة معالج Sycamore سعة 53 كيلو بايت. أظهر كمبيوتر Google النتائج في اختبار محدد فقط باستخدام خوارزمية معينة. تم تحديد المشكلة التي تم حلها بواسطة الكمبيوتر خصيصًا لإظهار تفوق الكمبيوتر الكمومي. لا يزال من غير الممكن استخدامه في الحوسبة الشاملة.

يمكن للكمبيوتر الكم كسر المفاتيح الخاصة

الكم للكمبيوتر والحوسبة لفترة طويلةدعا واحدة من التهديدات الرئيسية ل blockchain. من المفترض أن يتمكنوا من كشف أي خوارزميات تشفير في غضون دقائق وكسر المفاتيح الخاصة. في هذه الحالة ، ستفقد blockchain مزاياه الرئيسية - الموثوقية والأمان - مما يعني وفاة معظم العملات المشفرة.

وفقا للخبراء، وذلك بسبب التعقيدباستخدام الخوارزميات، ستكون هناك حاجة إلى ملايين من أجهزة الكيوبت عالية الجودة لتشكل تهديدًا للتشفير. وفقًا لتحليل أجراه مركز لندن لأبحاث وتطوير العملات المشفرة، لاختراق تقنية blockchain، يجب أن يحتوي الكمبيوتر الكمي على 1500 كيوبت على الأقل (ويحتوي الكمبيوتر الكمي من Google على 53 كيوبت فقط). سوف يستغرق ظهور مثل هذه التقنيات سنوات عديدة. يعتقد الخبراء أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستكون قادرة على كسر blockchain في غضون 5 إلى 10 سنوات.

الجزء الأكثر ضعفًا في blockchain هو الخوارزميةالتوقيع الرقمي ذو المنحنى الإهليلجي (ECDSA)، المستخدم للترخيص بالمعاملات. الآن يعتبر اختيار مثل هذا المفتاح (على سبيل المثال، مجموعة مكونة من 64 رقمًا من الأرقام والحروف ذات الحالة المختلفة) مستحيلًا تقريبًا. وباستخدام أجهزة الكمبيوتر اليوم، سيستغرق هذا 650 مليون سنة. ومع ذلك، فإن مرور 10 دقائق بين المعاملة ومعالجتها في blockchain يكفي لأجهزة الكمبيوتر الكمومية لاستخدام خوارزمية Shor لحساب المفتاح الخاص باستخدام المفتاح العام وإعادة توجيه عملية النقل. لكن لا داعي للقلق كثيرًا بشأن التعدين، فهو سيكون أقوى من أجهزة الكمبيوتر الكمومية لفترة طويلة.

تغيير بيانات المعاملة (إعادة كتابةblockchain) غير ممكن حتى بمساعدة أجهزة الكمبيوتر الكمومية - وهذا يتطلب تأكيدًا من المشاركين الآخرين في الشبكة. ولكن مع الكمبيوتر الكمي، على سبيل المثال، باستخدام خوارزمية جروفر، من الممكن شوكة blockchain، وإنشاء أكثر من نصف الكتل الجديدة في الشبكة، وجعل الجوهر الجديد هو الجوهر الرئيسي.

يجب أن نفهم أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية لن تفعل ذلكالتكنولوجيا المتاحة للجمهور. إنها باهظة الثمن للغاية، حيث تبلغ تكلفة الإنشاءات التجارية حاليًا 15 مليون دولار، ومن غير المرجح أن تصبح أرخص في أي وقت قريب. المشترين هم مراكز البحث والعلمية. إذا لم يبيعوا الجهاز لأي شخص، فسيكون من الصعب عليهم الوقوع في أيدي المحتالين. لا يزال توفرها للمشترين بالجملة احتمالًا رائعًا. لذا فإن الأشخاص الوحيدين الذين سيكونون قادرين على استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية لاختراق تقنية blockchain هم الشركات الكبيرة والحكومة.

خطورة الحواسيب الكمومية على تقنية blockchainتتضاءل بالمقارنة مع التهديدات التي قد تشكلها على أنظمة التشفير الأخرى. بعد كل شيء، بمساعدتهم، من الممكن نظريًا اختراق قنوات الاتصال ورموز الصواريخ النووية والأنظمة المصرفية وأنظمة الأمن القومي. قد تكون البشرية على وشك الدخول في سباق تسلح كمي: فقد أنفقت الصين 10 مليارات دولار على مركز أبحاث الكمبيوتر الكمي، وقد أنفقت الولايات المتحدة بالفعل مئات الملايين من الدولارات في هذا المجال.

حذر - يعني المسلحة

في حين أن الهجوم على جهاز كمبيوتر الكم على blockchain هو سؤال نظري بحت. لكن حتى بعد 10 سنوات ، لا داعي للقلق حقًا.

ويعتقد بعض الباحثين أن المخاوف بشأنإن النمو المستمر للحوسبة الكمومية وآثارها على أمن blockchain مبالغ فيه. وبالتالي، في المقالة التي يتم الاستشهاد بها كثيرًا والتي تفيد بأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستكون قادرة على اختراق blockchain بحلول عام 2027، هناك ملاحظة مفادها أن أي ميزة نظرية تتمتع بها الحوسبة الكمومية على blockchain يتم إبطالها عمليًا بسبب قيود الأجهزة الحالية والتطور المستمر لأمن blockchain.

وبعبارة أخرى ، التكنولوجيا التي يمكننجح في عرقلة قالب blockchain الذي يعمل حاليًا ، وهو دائمًا ما يتخلف عن ذلك لمدة عشر سنوات تقريبًا - عندما تنضج ، ستتطور كتلة blockchain لعشر سنوات أخرى.

فيما يلي بعض الطرق التي يمكن لـ blockchain التحضير لها عند ظهور أجهزة الكمبيوتر الكمومية:

يمكن استبدال التواقيع الرقمية بشيء أكثر استقرارًا من حيث الكم (على سبيل المثال ، مضاعفة حجم المفتاح) ؛
يمكن لـ blockchain التبديل إلى خوارزمية تشفير أكثر قوة (على سبيل المثال ، إلى SHA-512 بدلاً من SHA-256 المستخدمة في bitcoin) ؛
استخدام التشفير ما بعد الكمي المقاوم للحوسبة الكمومية (على سبيل المثال، استخدام التوقيعات الرقمية لمرة واحدة من Lamport أو Winternitz أو Merkle Tree)؛
تطوير blockchain الكم مع توزيع المفتاح الكمي.

على الأرجح التشفير المقاوم للكمسيظهر أمام الحواسيب الكمومية القادرة على اختراقها. وبالفعل، تعمل بعض المشاريع على تقنيات تعمل على إعداد تقنية blockchain للحوسبة الكمومية. على سبيل المثال، في أغسطس 2019، دخلت العملة المشفرة المقاومة للكمية Praxxis إلى السوق.

كما تم بالفعل إطلاق العديد منهاسلاسل الكتل "المقاومة للكم": QAN، وQRL، وIOTA، وArQit، وHyperCash، وStarkware. وهي تعمل على خوارزميات مختلفة تعتمد على التشفير ما بعد الكمي. وأهمها هي عمليات التشفير المستندة إلى وظائف التجزئة ورموز تصحيح الأخطاء والشبكات. وبطبيعة الحال، لم يتم اختبار أي من هذه الأساليب حتى الآن ضد أي هجوم بواسطة كمبيوتر كمي حقيقي. لذلك، فإن استقرارها الكمي لا يزال نظريًا فقط.

أجهزة الكمبيوتر الكمومية سوف تستفيد blockchain

أجهزة الكمبيوتر الكم الخوف على وشكاختراق blockchain ، لا يستحق كل هذا العناء. نظرًا لتعقيد التشفير وعدد المفاتيح وتطور تقنية blockchain ، اكتسبت العملات المشفرة القليل من الوقت. يكفي لتطوير واختبار الحلول.

تهديد الحواسيب الكمومية مرجحلن تكون خطيرة كما كان يعتقد. على العكس من ذلك ، يمكن أن يصبح محركًا لتطوير blockchain والاستفادة من التكنولوجيا. ستموت حقًا البلوكات الحديثة ، ولكن ستحل محال جديدة جديدة - أكثر تقدماً.

سيكون سنوات قبل أن تتمكن من استخدامهاالكمبيوتر الكمي من Google أمر عملي ، لأنه مجرد تجربة معملية بدون تطبيق حقيقي. ليس من الواضح كم من الوقت ستستغرق أجهزة الكمبيوتر الكمومية لتصبح مفيدة تجارياً. والقرصنة التشفير هو احتمال بعيد.

لا يوجد تهديد حقيقي على المدى القصيرالقرصنة تشفير blockchain بواسطة أجهزة الكمبيوتر الكم. بحلول الوقت الذي يصبح فيه جهاز الكمبيوتر الكمي قويًا بدرجة كافية لتهديد سلامة سلاسل الحظر اليوم ، ستنتقل أنظمة الأمان إلى خوارزميات قوية. Blockchain هو قبل عقد على الأقل من أجهزة الكمبيوتر الكم. سوف تتطور Block Block ، لذا من غير المحتمل أن تهدد تكنولوجيا الحوسبة الكمومية وجودها بشكل أساسي.