القضية الكمومية: الكم ليس قادماً لأخذ بيتكوين الخاص بك

طالما أن بيتكوين موجود، تم استخدام أشكال جديدة من الخوف، وعدم اليقين، والشك (FUD) للتنبؤ بزواله. على الرغم من ذلك، نمت بيتكوين لتصبح أصلًا بقيمة تريليونات الدولارات وبدأت تأخذ مكانها في النظام النقدي العالمي. في الأشهر الأخيرة، عاد شبح حاسوب كمومي ذي صلة بالتشفير (CRQC) يمكّن المهاجم من إعادة إنشاء المفاتيح السرية من المفاتيح العامة وتوقيع معاملات بيتكوين التي تنقل عملات الآخرين كشكل متطور من FUD. هل هذه تهديد واقعي لنمو بيتكوين المستمر؟ بكلمة واحدة، لا. لا يوجد دليل على أنه سيتم بناء CRQC في غضون عقد من الزمن، ولا يزال غير معروف ما إذا كان سيتم بناء مثل هذه الآلة على الإطلاق. تبقى التهديدات الكمومية مجرد FUD.

حالة الفن

حتى الآن، لم تحسب أي آلة حاسوبية كمومية أي شيء خارج نطاق قدرة طفل في السادسة من عمره (تم تأكيد ذلك تجريبيًا). تعتبر الحواسيب الكمومية تكنولوجيا رائعة وتظهر القدرات التي تستحق الخيال العلمي في العالم الحديث. تستفيد هذه الأجهزة من تقنيات أساسية مثل الملاقط الضوئية، والتبريد بالليزر، والكيوبتات الفلزية الفائقة، والفخاخ الكهرومغناطيسية، والثلاجات المخففة، والعديد من التقنيات الأخرى. داخل هذه الأجهزة، يتم إجبار الكيوبتات الفردية على الدخول في حالات تحت ذرية محددة (تختلف لكل تقنية مرشحة)، وتتشابك في حالات فوقية، وتُعالج لتمثيل الحسابات، ثم تُقرأ خصائصها تحت الذرية وتُفسر. الحقيقة المدهشة هي أن هذه الأجهزة موجودة، ويمكن التلاعب بها لإنتاج حسابات ذات معنى عبر عدد قليل من المدخلات. لكن الحقيقة الباردة هي أنه (على سبيل المثال، تقنية مرشحة) للقيام بحساب يمكن لطفل صغير القيام به يتطلب طاقة كافية لتكييف هواء مدرسة ثانوية في تكساس، والعديد من ساعات الإعداد، وساعات إضافية من المعالجة اللاحقة.

قراءة المستقبل

أعلم ما تفكر فيه، "لكن هناك الكثير من المال يتدفق إلى الحوسبة الكمومية". هل يتوافق تدفق المال إلى مجال ما مع معدل التقدم التكنولوجي الحقيقي في ذلك المجال؟ ليس حقًا. في الواقع، يمكن القول إنه حتى يتم تطوير التكنولوجيا الأساسية الصحيحة وتأكيد توافق المنتج مع السوق، فإن تدفق المال إلى منطقة ما له علاقة سلبية مع احتمال تطوير تكنولوجيا قابلة للتطبيق. يمكن رؤية ذلك بوضوح من خلال مقارنة برنامج مكوك الفضاء التابع لناسا مع صاروخ فالكون 9 من سبيس إكس. أخذت سبيس إكس (بشكل رئيسي) العلوم المعروفة وقلصتها إلى ممارسة لتلبية حاجة سوقية قابلة للإثبات للوصول الموثوق والأقل تكلفة إلى الفضاء، بتكلفة برنامج أقل من 5 مليارات دولار لأول مهمة مأهولة. كلف مكوك الفضاء حوالي 50 مليار دولار للوصول إلى أول مهمة مأهولة. لم يكن فقط أن تكلفة فالكون 9 كانت أقل بمقدار ترتيب من حيث الحجم للتطوير، ولكن لديه سجل سلامة طاقم مثالي حتى الآن. هناك العديد من الأسباب لهذه الاختلافات، ولكنها تظهر أنه لا يمكن لأي مبلغ من المال أن يجعل تكنولوجيا غير جاهزة قابلة للتطبيق. عند ترجمة هذا إلى الحوسبة الكمومية: يمكننا أن نرى أنه مع وجود كميات هائلة من المال تُلقى على المشكلة، فإن العروض التكنولوجية بتكاليف ضخمة ممكنة. لكن هذا لا يخبرنا بشيء عن ما إذا كان المزيد من المال سيجلب لنا الكأس المقدسة للكيوبتات المستقرة ذات الخطأ المنخفض (مثل موثوقية فالكون 9). لن ينتج أي مبلغ من التطوير المستمر على برنامج مكوك الفضاء أبدًا التكلفة المنخفضة والموثوقية العالية لفالكون 9، ومن المحتمل تمامًا أنه لن ينتج أي مبلغ من التطوير المستمر، بأي تكلفة، أي من تقنيات الحوسبة الكمومية الحالية موثوقة بما يكفي لكسر زوج مفاتيح واحد.

الآن، قد تفكر، "لكن ماذا عن جميع التقدمات الأخيرة؟" هناك أمران مهمان يجب مراعاتهما بشأن التقدمات المنشورة مؤخرًا. أولاً، العديد من هذه التقدمات كانت في الرياضيات البحتة فقط. على سبيل المثال، الورقة الأخيرة من جوجل التي كانت تحتوي على نتيجة مهمة لدرجة أنهم اختاروا حذف الدائرة الكمومية النظرية بدلاً من المخاطرة باستخدامها لكسر أنظمة التشفير المهمة. قد يبدو هذا تقدمًا هائلًا نحو مستقبل CRQCs، لكن في الواقع لم يغير شيئًا. ما لم يكن (أو حتى يأتي) جهاز الكم لحظة Falcon 9 الخاصة به، فلا يوجد ببساطة أي جهاز يقترب من الاستقرار والنطاق اللازمين لتشغيل الدائرة المحذوفة. إنه مجرد مسرحية لإخفاء دائرة مصممة لجهاز قد لا يوجد أبدًا. ثانيًا، على جانب الأجهزة نفسها، نرى العديد من النتائج الجديدة وقطع التقدم المنشورة في سنة معينة، لكن كم من هذه تتعلق بنفس تقنية الحوسبة الكمومية المرشحة؟ كم تمثل مجرد بداية جديدة بعد أن انتهت نتيجة سابقة في طريق مسدود؟ الواقع هو أن هذه التقدمات لا تمثل مسارًا خطيًا نحو النجاح النهائي. إنها تمثل بحثًا واسع النطاق في فضاء إمكانيات لا نهائية يأمل فيها الباحثون الكموميون في العثور على مسار يمكنهم المضي فيه لمسافة متواضعة دون الوصول إلى طريق مسدود آخر.

عندما ننظر إلى واقع مستقبل الحوسبة الكمومية، فإنه غامض في أفضل الأحوال. هناك تطورات تكنولوجية واعدة. خاصة، في رأيي، في مجال أجهزة الذرات المحايدة. لكن من المبكر جدًا أن نخبر ما إذا كان هناك مسار مفتوح نحو CRQC النهائي على أي من الفروع المعروفة حاليًا أو إذا كانت هناك المزيد من البدءات في مستقبلنا. إذا، في مرحلة ما، رأينا العديد من التكرارات لنفس تقنية المرشح تنفذ أجهزة أكثر قدرة تدريجيًا، وتحسب نتائج ذات مغزى لا يمكن لطفل نابه أيضًا حسابها، يمكننا إعادة زيارة هذه المناقشة بأدلة مختلفة.

من الناحية النظرية

هناك تفسيران محتملان لفشل الأبحاث الكمومية المتكرر في تطوير CRQC على مدى عقود عديدة. من الممكن أن تكون مجرد مشكلة صعبة ونحن نستمر في تطبيق العلوم والهندسة لحلها وفي يوم من الأيام ستسود براعة الجنس البشري كما حدث في تطوير الإنترنت، والهاتف الذكي، ووسائل التواصل الاجتماعي، وBitcoin (يترك للقارئ أن يقرر أي من هذه التطورات إيجابية). من الجانب الآخر، قد يكون تطوير CRQC إما مستحيلًا أو سيبقى دائمًا خارج متناولنا. اعتبر ماذا يعني أن يوجد CRQC: يجب أن تمثل الآلة ضمن تراكبها حقلًا من الاحتمالات بنفس حجم تعقيد المشكلة التشفيرية التي يجب حلها. أي، لكسر أمان 128 بت لمنحنى اللوغاريتم المنفصل الخاص بالمنحنى secp256k1 لBitcoin، يجب أن يمثل التراكب الكمومي جميع القيم الممكنة لرقم 128 بت. في الحوسبة الكلاسيكية، سيتطلب تمثيل جميع هذه القيم المزيد من تخزين الكمبيوتر (بأوامر من حيث الحجم) مما أنتجه البشر على الإطلاق. إذا كان هناك حتى أدنى حبيبات في التراكب الكمومي (أي أن التراكب الكمومي ليس مستمرًا تمامًا عبر جميع القيم الممكنة) فإن الكمبيوتر الكمومي لا يمكن أن يصبح ذا صلة تشفيرية أبدًا. إذا كانت الطاقة المطلوبة للحفاظ على تراكب تتناسب مع تعقيد الحقل الممثل، فإن الكمبيوتر الكمومي لا يمكن أن يصبح ذا صلة تشفيرية أبدًا. الفهم المعاصر للفيزياء الكمومية لا يستبعد أيًا من هذين الاحتمالين.

الخاتمة: لا يمكن لBitcoin أن تستريح

على الرغم من كل ما سبق، يجب أن يستمر تطوير بيتكوين نحو خوارزميات تشفير جديدة. على الرغم من أن الهجوم الكمي على تشفير بيتكوين ليس وشيكًا بأي شكل من الأشكال، إلا أنه من الممكن تمامًا أن يتم العثور على عيب آخر بطرق أخرى. نحن نعلم أن بعض المنحنيات البيانية قد وُجدت بها نقاط ضعف، وقد تكون secp256k1 هي التالية. لقد نجت بيتكوين لفترة طويلة لأنها تعرضت لهجمات عززت من قوتها، وسيظل هذا صحيحًا مع استمرار هجوم الخوف من عدم اليقين الكمي. إن تطوير P2MR أو P2TRv2، وSHRINCS، وSPHINCS، وIBC، وML-DSA، والمزيد من مخططات التوقيع بعد الكمية سيؤدي في النهاية إلى تحسينات في مرونة بيتكوين في مواجهة الهجمات المستقبلية حتى لو لم يتم تطوير CRQC فعليًا أبدًا.

هذه المقالة مميزة في أحدث إصدار مطبوع من مجلة بيتكوين، العدد الكمي. نحن نشاركها هنا كلمحة مبكرة عن الأفكار المستكشفة في جميع أنحاء العدد الكامل.