محاسبات کوانتومی چطور زنجیره بلوک (Blockchain) را می شکند؟ در مقابله با آن چه اقدامی باید کرد؟
همه ما درباره کامپیوترهای کوانتومی و تهدیداتی که در برابر زنجیره بلوک ایجاد می کنند، شنیده ایم. با این حال باور متداول این است که کامپیوترهای کوانتومی فراتر از نمونه های ازمایشگاهی وجود ندارند و این تهدید فرضی است. حقیقت این است که کامپیوترهای کوانتومی نه تنها وجود دارند بلکه از لحاظ تجاری نیز در دسترس هستند. امروزه هر کسی می تواند به یک کامپیوتر کوانتومی در ابر عمومی دسترسی پیدا کند و آزمایش های برنامه نویسی را انجام دهد، از جمله الگوریتم شور که رمزنگاری RSA را می شکند. اگر چه هیچ کس تا به حال توانایی کامل برای هک کردن برنامه¬ های زنجیره بلوک موجود را نداشته است.
کامپیوتر کوانتومی IBM موجود در ابر (IBM Q) در حال حاضر یک جامعه بیش از 60000 کاربر را به دست آورده است که تاکنون بیش از 1.7 میلیون آزمایش محاسباتی با استفاده از آن انجام داده اند.
این در حالی است که اولین سیستم IBM Q که در دسترس عموم بود، تنها از قدرت متوسط 5 کیوبیت برخوردار بود. این توان در سال گذشته به 17 و سپس 20 کیوبیت ارتقا داده شده است. اخیراً IBM اعلام کرده است که قدرت پردازش یک نمونه اولیه پردازشگر را به 50 کیوبیت توسعه داده اشت.
شرکت DWave یکی دیگر از ارائه دهندگان (که رایانه های کوانتومی تجاری را به ناسا، گوگل و لاکهید مارتین فروخته است) تعداد بیشتری کیوبیت در هر تراشه را اعلام کرده است (اعلامیه اخیر آنها به یک نمونه با 2000 کیوبیت اختصاص داشت.)
با این حال این تعداد کیوبیت معنای متفاوتی دارد چرا که سیستم¬های DWave از یک اصل به نام annealing و یا محاسبات کوانتومی آدیاباتیک برای مقابله با یک کلاس خاص از مشکلات بهینه سازی، یادگیری ماشین و هوش مصنوعی استفاده می کنند.
آیا این تحولات منجر به افول زنجیره بلوک امروزی، امنیت بانکی و اینترنت می شود؟ بله، با توجه به سرعت پیشرفت این لحظه نزدیک و نزدیک تر می شود.
چه چیزی در کامپیوترهای کوانتومی اینقدر ویژه است؟ بر خلاف کامپیوترها که با واحدهای سنتی اطلاعات کار می کنند (بیت هایی با مقدار 0 یا 1)، کامپیوترهای کوانتومی با کیوبیت (بیت های کوانتومی) کار می کنند که بر طبق اصل برهم نهی دارای مقادیر 0 و 1 بطور همزمان هستند.
ماهیت غیرمعمول کیوبیت ها اثرات جالبی ایجاد می کند و می تواند برای حل سریع و ساده مسائل سخت استفاده شود. یک مثال ساده می تواند پیدا کردن خروجی در یک پیچ و خم بزرگ (maze) باشد. راه سنتی برای انجام این کار این است که همه مسیرهای ممکن را یک به یک بررسی کنید که این فرایند می تواند بسیار زمان بر و طولانی باشد. اگر به جای آن شما یک ارتش از جستجوگران را می فرستادید و هر کدام مسیر متفاوتی را برای چک کردن انتخاب می کرد، در این صورت خروجی را سریع تر پیدا می کردید.
به طور مشابه به جای تلاش برای پیدا کردن یک کلید مخفی توسط جستجو در بین ترکیب های مختلف یکی پس از دیگری با استفاده از کامپیوترهای کلاسیک (که عملاً غیر ممکن است) می توانید به راحتی از یک کامپیوتر کوانتومی برای بررسی تمام ترکیبات احتمالی در یک زمان استفاده کنید.
چند کیوبیت برای بررسی تعداد معینی از ترکیبات مورد نیاز است؟ هر کیوبیت همزمان ترکیبی از 0 و 1 است. ترکیب N کیوبیت به طور هم زمان حالت 2^N انتخاب موجود را نشان می دهد. بنابراین افزایش کیوبیت ها به معنی افزایش نمایی توان محاسباتی است. حرکت IBM از 20 به 50 کیوبیت در حقیقت به معنای افزایش چشمگیر ظرفیت است.
هنوز تعداد کیوبیت لازم (حدود 1500 کیوبیت) برای به خطر انداختن کلید خصوصی و هک کردن بیت کوین کافی نیست. اما کی می توانیم به این حد برسیم؟ برای جلوگیری از تهدید کوانتومی چه کاری می توان انجام داد؟ شرکت ها باید چه استراتژی ای را با توجه به این عدم قطعیت دنبال کنند؟
آندریاس آنتونیوپولوس (Andreas Antonopoulos) استدلال جالبی ارائه داده است که اگر کامپیوترهای کوانتومی قادر به شکستن رمزنگاری RSA امروزی باشند، صاحبشان وجود آنها را با دزدی بیت کوین افشا نمی کند چرا که هدف ناچیزتری در مقایسه به دستیابی به اطلاعات حساس مالی، نظامی و هسته ای هستند.
آنتونیوپولوس بریتانیایی ها رامثال می زند که در زمان جنگ جهانی دوم که انیگما Enigma را هک کردند اما هم چنان اجازه دادند شهرهایی مانند Coventry بمباران شوند تا این حقیقت را که آنها تکینک رمزگشایی انیگما را دارند پنهان بماند.
با این حال ممکن است افرادی در سازمان های قدرتمند کوانتومی وجود داشته باشند که به دنبال سود شخصی خود به هک کردن زنجیره بلوک کلاسیک بپردازند. مانند عامل FBI که حدود 1600 بیت کوین را در هنگام تحقیق در مورد جاده ابریشم سرقت کرد.
همه ما درباره کامپیوترهای کوانتومی و تهدیداتی که در برابر زنجیره بلوک ایجاد می کنند، شنیده ایم. با این حال باور متداول این است که کامپیوترهای کوانتومی فراتر از نمونه های ازمایشگاهی وجود ندارند و این تهدید فرضی است. حقیقت این است که کامپیوترهای کوانتومی نه تنها وجود دارند بلکه از لحاظ تجاری نیز در دسترس هستند. امروزه هر کسی می تواند به یک کامپیوتر کوانتومی در ابر عمومی دسترسی پیدا کند و آزمایش های برنامه نویسی را انجام دهد، از جمله الگوریتم شور که رمزنگاری RSA را می شکند. اگر چه هیچ کس تا به حال توانایی کامل برای هک کردن برنامه¬ های زنجیره بلوک موجود را نداشته است.
کامپیوتر کوانتومی IBM موجود در ابر (IBM Q) در حال حاضر یک جامعه بیش از 60000 کاربر را به دست آورده است که تاکنون بیش از 1.7 میلیون آزمایش محاسباتی با استفاده از آن انجام داده اند.
این در حالی است که اولین سیستم IBM Q که در دسترس عموم بود، تنها از قدرت متوسط 5 کیوبیت برخوردار بود. این توان در سال گذشته به 17 و سپس 20 کیوبیت ارتقا داده شده است. اخیراً IBM اعلام کرده است که قدرت پردازش یک نمونه اولیه پردازشگر را به 50 کیوبیت توسعه داده اشت.
شرکت DWave یکی دیگر از ارائه دهندگان (که رایانه های کوانتومی تجاری را به ناسا، گوگل و لاکهید مارتین فروخته است) تعداد بیشتری کیوبیت در هر تراشه را اعلام کرده است (اعلامیه اخیر آنها به یک نمونه با 2000 کیوبیت اختصاص داشت.)
با این حال این تعداد کیوبیت معنای متفاوتی دارد چرا که سیستم¬های DWave از یک اصل به نام annealing و یا محاسبات کوانتومی آدیاباتیک برای مقابله با یک کلاس خاص از مشکلات بهینه سازی، یادگیری ماشین و هوش مصنوعی استفاده می کنند.
آیا این تحولات منجر به افول زنجیره بلوک امروزی، امنیت بانکی و اینترنت می شود؟ بله، با توجه به سرعت پیشرفت این لحظه نزدیک و نزدیک تر می شود.
چه چیزی در کامپیوترهای کوانتومی اینقدر ویژه است؟ بر خلاف کامپیوترها که با واحدهای سنتی اطلاعات کار می کنند (بیت هایی با مقدار 0 یا 1)، کامپیوترهای کوانتومی با کیوبیت (بیت های کوانتومی) کار می کنند که بر طبق اصل برهم نهی دارای مقادیر 0 و 1 بطور همزمان هستند.
ماهیت غیرمعمول کیوبیت ها اثرات جالبی ایجاد می کند و می تواند برای حل سریع و ساده مسائل سخت استفاده شود. یک مثال ساده می تواند پیدا کردن خروجی در یک پیچ و خم بزرگ (maze) باشد. راه سنتی برای انجام این کار این است که همه مسیرهای ممکن را یک به یک بررسی کنید که این فرایند می تواند بسیار زمان بر و طولانی باشد. اگر به جای آن شما یک ارتش از جستجوگران را می فرستادید و هر کدام مسیر متفاوتی را برای چک کردن انتخاب می کرد، در این صورت خروجی را سریع تر پیدا می کردید.
به طور مشابه به جای تلاش برای پیدا کردن یک کلید مخفی توسط جستجو در بین ترکیب های مختلف یکی پس از دیگری با استفاده از کامپیوترهای کلاسیک (که عملاً غیر ممکن است) می توانید به راحتی از یک کامپیوتر کوانتومی برای بررسی تمام ترکیبات احتمالی در یک زمان استفاده کنید.
چند کیوبیت برای بررسی تعداد معینی از ترکیبات مورد نیاز است؟ هر کیوبیت همزمان ترکیبی از 0 و 1 است. ترکیب N کیوبیت به طور هم زمان حالت 2^N انتخاب موجود را نشان می دهد. بنابراین افزایش کیوبیت ها به معنی افزایش نمایی توان محاسباتی است. حرکت IBM از 20 به 50 کیوبیت در حقیقت به معنای افزایش چشمگیر ظرفیت است.
هنوز تعداد کیوبیت لازم (حدود 1500 کیوبیت) برای به خطر انداختن کلید خصوصی و هک کردن بیت کوین کافی نیست. اما کی می توانیم به این حد برسیم؟ برای جلوگیری از تهدید کوانتومی چه کاری می توان انجام داد؟ شرکت ها باید چه استراتژی ای را با توجه به این عدم قطعیت دنبال کنند؟
آندریاس آنتونیوپولوس (Andreas Antonopoulos) استدلال جالبی ارائه داده است که اگر کامپیوترهای کوانتومی قادر به شکستن رمزنگاری RSA امروزی باشند، صاحبشان وجود آنها را با دزدی بیت کوین افشا نمی کند چرا که هدف ناچیزتری در مقایسه به دستیابی به اطلاعات حساس مالی، نظامی و هسته ای هستند.
آنتونیوپولوس بریتانیایی ها رامثال می زند که در زمان جنگ جهانی دوم که انیگما Enigma را هک کردند اما هم چنان اجازه دادند شهرهایی مانند Coventry بمباران شوند تا این حقیقت را که آنها تکینک رمزگشایی انیگما را دارند پنهان بماند.
با این حال ممکن است افرادی در سازمان های قدرتمند کوانتومی وجود داشته باشند که به دنبال سود شخصی خود به هک کردن زنجیره بلوک کلاسیک بپردازند. مانند عامل FBI که حدود 1600 بیت کوین را در هنگام تحقیق در مورد جاده ابریشم سرقت کرد.