مسئله کوانتومی: کوانتوم برای بیت کوین شما نمی‌آید

برای مدت طولانی که بیت کوین وجود داشته، اشکال جدیدی از FUD (ترس، عدم قطعیت و تردید) برای پیش‌بینی نابودی آن استفاده شده است. با این حال، بیت کوین به یک دارایی چند تریلیون دلاری تبدیل شده و شروع به گرفتن جایگاه خود در نظم مالی جهانی کرده است. در ماه‌های اخیر، شبح یک کامپیوتر کوانتومی مرتبط با رمزنگاری (CRQC) که به یک مهاجم اجازه می‌دهد کلیدهای مخفی را از کلیدهای عمومی بازسازی کند و معاملات بیت کوین را که سکه‌های دیگران را جابجا می‌کند، امضا کند، به عنوان یک شکل تکامل‌یافته از FUD بازگشته است. آیا این تهدیدی واقعی برای رشد مداوم بیت کوین است؟ به یک کلمه، نه. هیچ مدرکی وجود ندارد که نشان دهد یک CRQC در عرض یک دهه ساخته خواهد شد و هنوز مشخص نیست که آیا چنین ماشینی هرگز ساخته خواهد شد یا خیر. تهدید کوانتومی همچنان FUD باقی می‌ماند.

وضعیت هنر

تا به امروز، هیچ ماشین محاسبات کوانتومی چیزی فراتر از دستاوردهای یک کودک 6 ساله را محاسبه نکرده است (به طور تجربی تأیید شده است). کامپیوترهای کوانتومی فناوری‌های شگفت‌انگیزی هستند و قابلیت‌های واقعاً شایسته داستان‌های علمی تخیلی دنیای مدرن را به نمایش می‌گذارند. این دستگاه‌ها از فناوری‌های بنیادی مانند انبرک‌های نوری، خنک‌سازی لیزری، کیوبیت‌های فلوکس ابررسانا، تله‌های الکترومغناطیسی، یخچال‌های رقیق‌سازی و بسیاری دیگر استفاده می‌کنند. در این دستگاه‌ها، کیوبیت‌های فردی به حالت‌های زیراتمی خاصی (که برای هر فناوری نامزد متفاوت است) مجبور می‌شوند، در ابرموقعیت‌ها درهم تنیده می‌شوند، برای نمایش محاسبات دستکاری می‌شوند و سپس خواص زیراتمی آن‌ها خوانده و تفسیر می‌شود. حقیقت شگفت‌انگیز این است که این دستگاه‌ها وجود دارند و می‌توانند برای تولید محاسبات معنادار در چند ورودی دستکاری شوند. واقعیت سرد این است که (برای یک فناوری نامزد مثال) برای انجام محاسباتی که یک کودک کوچک می‌تواند انجام دهد، به اندازه کافی قدرت نیاز است تا یک دبیرستان در تگزاس را خنک کند، ساعت‌ها تنظیمات لازم است و ساعت‌های بیشتری برای پردازش پس از آن.

خواندن آینده

می‌دانم که چه فکر می‌کنید، "اما پول زیادی به سمت محاسبات کوانتومی سرازیر می‌شود". آیا ورود پول به یک حوزه با نرخ پیشرفت واقعی فناوری در آن حوزه همبستگی دارد؟ نه واقعاً. در واقع، می‌توان گفت که تا زمانی که فناوری زیرساختی صحیح توسعه نیافته و تناسب بازار محصول تأیید نشده باشد، ورود پول به یک حوزه همبستگی منفی با احتمال توسعه فناوری قابل کاربرد دارد. این را می‌توان به وضوح با مقایسه برنامه شاتل فضایی ناسا با فالکون 9 اسپیس ایکس مشاهده کرد. اسپیس ایکس (بیشتر) علم شناخته شده را گرفت و آن را به عمل درآورد تا نیاز بازار قابل اثباتی برای دسترسی قابل اعتماد و کم‌هزینه به فضا را برآورده کند، با هزینه برنامه‌ای کمتر از 5 میلیارد دلار برای اولین مأموریت با خدمه. شاتل فضایی تقریباً 50 میلیارد دلار هزینه داشت تا به اولین مأموریت با خدمه برسد. نه تنها فالکون 9 هزینه‌ای به اندازه یک مرتبه کمتر برای توسعه داشت، بلکه تا به امروز رکورد ایمنی خدمه کاملی دارد. دلایل زیادی برای این تفاوت‌ها وجود دارد، اما این نشان می‌دهد که هیچ مقدار پولی فناوری را که آماده نیست، عملی نمی‌کند. ترجمه این به محاسبات کوانتومی: می‌توانیم ببینیم که با سرازیر شدن پول‌های زیاد به سمت این مشکل، نمایش‌های فناوری با هزینه‌های کلان ممکن است. اما این به ما هیچ چیزی درباره اینکه آیا پول بیشتر ما را به گنجینه مقدس کیوبیت‌های پایدار و کم‌خطا (مانند قابلیت اطمینان فالکون 9) می‌رساند، نمی‌گوید. هیچ مقدار توسعه مداوم در برنامه شاتل فضایی هرگز هزینه کم و قابلیت اطمینان بالای فالکون 9 را تولید نخواهد کرد و به احتمال زیاد هیچ مقدار توسعه مداوم، با هر هزینه‌ای، هرگز هیچ‌یک از فناوری‌های فعلی محاسبات کوانتومی را به اندازه کافی قابل اعتماد نخواهد کرد تا یک جفت کلید را بشکند.

اکنون ممکن است فکر کنید، "اما چه طور درباره تمام پیشرفت‌های اخیر؟" دو نکته مهم در مورد پیشرفت‌های منتشر شده اخیر وجود دارد. اول، بسیاری از این پیشرفت‌ها تنها در ریاضیات خالص بوده‌اند. به عنوان مثال، مقاله اخیر گوگل که نتیجه‌ای به این اندازه مهم داشت که آنها تصمیم گرفتند مدار کوانتومی نظری را سانسور کنند تا خطر استفاده از آن برای شکستن سیستم‌های رمزنگاری مهم را کاهش دهند. این ممکن است به نظر برسد که پیشرفت عظیمی به سوی آینده CRQC ها است، اما در واقع هیچ چیزی را تغییر نداد. مگر اینکه (یا تا زمانی که) سخت‌افزار کوانتومی لحظه فالکون 9 خود را داشته باشد، هیچ دستگاهی وجود ندارد که به ثبات و مقیاس لازم برای اجرای مدار سانسور شده نزدیک باشد. این صرفاً یک نمایش است برای پنهان کردن مداری که برای دستگاهی طراحی شده که ممکن است هرگز وجود نداشته باشد. دوم، در خود سخت‌افزار، ما نتایج و پیشرفت‌های جدید زیادی را در یک سال خاص مشاهده می‌کنیم، اما چند مورد از اینها به همان فناوری کاندیدای محاسبات کوانتومی مربوط می‌شود؟ چند مورد تنها نمایانگر یک شروع دوباره پس از آن است که نتیجه قبلی به بن‌بست رسید؟ واقعیت این است که این پیشرفت‌ها نمایانگر یک مسیر خطی به سوی موفقیت نهایی نیستند. آنها نمایانگر جستجوی سطح اول در یک فضای بی‌نهایت از امکانات هستند که در آن پژوهشگران کوانتومی امیدوارند مسیری پیدا کنند که بتوانند به مدت معقولی بدون رسیدن به بن‌بست دیگری پیش بروند.

وقتی به واقعیت آینده محاسبات کوانتومی نگاه می‌کنیم، در بهترین حالت مبهم است. وجود پیشرفت‌های تکنولوژیکی امیدوارکننده. به ویژه، به نظر من، در زمینه دستگاه‌های اتم خنثی. اما هنوز خیلی زود است که بگوییم آیا مسیری به سمت یک CRQC نهایی در هر یک از شاخه‌های شناخته شده فعلی وجود دارد یا اینکه آیا بیشتر شروع‌های دوباره در آینده ما وجود دارد. اگر در یک نقطه، ما شاهد بسیاری از تکرارهای همان فناوری کاندیدا باشیم که دستگاه‌های به طور فزاینده‌ای توانمند را پیاده‌سازی می‌کنند و نتایج معناداری را محاسبه می‌کنند که یک کودک باهوش نیز نمی‌تواند محاسبه کند، می‌توانیم این بحث را با شواهد متفاوتی دوباره بررسی کنیم.

در نظریه

دو توضیح ممکن برای شکست مکرر تحقیقات کوانتومی در توسعه یک CRQC در طول چند دهه وجود دارد. ممکن است که این فقط یک مشکل سخت باشد و ما همچنان به علم و مهندسی برای حل آن ادامه می‌دهیم و روزی نبوغ گونه انسانی پیروز خواهد شد همانطور که در توسعه اینترنت، گوشی‌های هوشمند، رسانه‌های اجتماعی و بیت‌کوین بوده است (به خواننده واگذار می‌شود که کدام یک از اینها پیشرفت‌های مثبت هستند). از سوی دیگر، ممکن است که توسعه یک CRQC یا غیرممکن باشد یا همیشه خارج از دسترس ما باقی بماند. در نظر بگیرید که وجود یک CRQC چه معنایی خواهد داشت: ماشین باید در ابرپوزیشن خود یک میدان از امکانات به اندازه پیچیدگی مشکل رمزنگاری که باید حل شود را نمایندگی کند. یعنی برای شکستن امنیت 128 بیتی منحنی لگاریتم گسسته منحنی secp256k1 بیت‌کوین، ابرپوزیشن کوانتومی باید تمام مقادیر ممکن یک عدد 128 بیتی را نمایندگی کند. در محاسبات کلاسیک، نمایندگی تمام این مقادیر به فضای ذخیره‌سازی بیشتری (به اندازه‌های بسیار بزرگتر) از آنچه انسان‌ها تاکنون تولید کرده‌اند نیاز دارد. اگر حتی کوچک‌ترین جزئیاتی در ابرپوزیشن کوانتومی وجود داشته باشد (یعنی ابرپوزیشن کوانتومی به طور کامل در تمام مقادیر ممکن پیوسته نیست) آنگاه کامپیوتر کوانتومی هرگز نمی‌تواند از نظر رمزنگاری مرتبط باشد. اگر انرژی مورد نیاز برای نگه‌داشتن یک ابرپوزیشن با پیچیدگی میدانی که نمایندگی می‌کند مقیاس‌پذیر باشد، آنگاه یک کامپیوتر کوانتومی هرگز نمی‌تواند از نظر رمزنگاری مرتبط باشد. درک معاصر از فیزیک کوانتومی هیچ یک از این احتمالات را رد نمی‌کند.

نتیجه‌گیری: بیت‌کوین نمی‌تواند استراحت کند

با وجود تمام موارد پیشین، توسعه بیت کوین به سمت الگوریتم‌های رمزنگاری جدید باید ادامه یابد. در حالی که حمله کوانتومی به رمزنگاری بیت کوین به هیچ وجه قریب‌الوقوع نیست، این امکان وجود دارد که نقص دیگری از طریق روش‌های دیگر پیدا شود. ما می‌دانیم که برخی از منحنی‌های بیضوی دارای ضعف‌هایی هستند و secp256k1 ممکن است بعدی باشد. بیت کوین به مدت طولانی دوام آورده است زیرا حملات به سیستم آن را تقویت کرده و این حقیقت همچنان ادامه خواهد داشت زیرا حمله FUD کوانتومی پیش می‌رود. توسعه P2MR یا P2TRv2، SHRINCS، SPHINCS، IBC، ML-DSA و دیگر طرح‌های امضای پساکوانتومی در نهایت به بهبود تاب‌آوری بیت کوین در برابر حملات آینده منجر خواهد شد حتی اگر یک CRQC واقعی هرگز توسعه نیابد.

این مقاله در آخرین نسخه چاپی مجله بیت کوین، مسئله کوانتومی، منتشر شده است. ما آن را در اینجا به عنوان نگاهی اولیه به ایده‌های بررسی شده در سراسر این شماره کامل به اشتراک می‌گذاریم.