کامپیوتر کوانتومی چیست؟ آیا بیت کوین با رایانش کوانتومی قابل هک کردن است؟

کامپیوتر کوانتومی نوعی متفاوت از رایانه‌های کلاسیک است که به‌جای بیت‌های ۰ و ۱ به‌عنوان داده پایه‌ای محاسبات، از کیوبیت‌ها (هر دوی ۰ و ۱ به‌صورت همزمان) استفاده می‌کند. این ویژگی باعث افزایش توان محاسباتی کامپیوترهای کوانتومی می‌شود که نتیجه آن، قدرت شکستن رمزنگاری ارزهای دیجیتال از جمله بیت کوین و تهدید امنیت بلاک چین هاست.

بااینکه مشخص نیست چه زمانی کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند به یک تهدید واقعی برای امنیت بیت کوین و رمز ارزها تبدیل شوند، اما برخی از متخصصان احتمال رخداد این اتفاق را بعید نمی‌دانند. در این مطلب، نحوه کار کامپیوترهای کوانتومی، کاربردها و تأثیرشان بر امنیت بلاک چین بیت کوین و ارزهای دیجیتال را بررسی می‌کنیم.

رایانش یا محاسبات کوانتومی چیست؟

رایانش کوانتومی (Quantum Computing)، همان مفهوم نظری دانشمندانی مانند آلبرت انیشتن و مکس پلنک (Max Planck) در حوزه فیزیک کوانتوم در اوایل قرن بیستم را گرفته و آن را در دنیای رایانش مدرن به‌کار می‌گیرد.

کامپیوترهای استانداردی که امروزه می‌شناسیم، اطلاعات را بر اساس بیت‌ها (Bit) پردازش می‌کنند. هر بیت فقط می‌تواند یکی از دو مقدار ۰ یا ۱ را در هر لحظه داشته باشد. این بیت‌ها را می‌توان به هم متصل کرد تا یک قطعه کد باینری، مانند 1000101101، را تشکیل دهد. قرارگیری هشت بیت کنار هم نیز بایت (Byte) را می‌سازد.

اما در محاسبات کوانتومی، به‌جای استفاده از بیت‌ها، از بیت‌های کوانتومی (Quantum Bits) یا به‌اختصار کیوبیت‌ها (Qubits) استفاده می‌شود. در این نوع از کامپیوترها، با استفاده از اصول فیزیک کوانتوم مانند برهم‌نهی (Superposition) و درهم‌تنیدگی کوانتومی (Quantum Entanglement)، کیوبیت‌ها مقدار بسیار بیشتری از اطلاعات را به‌طور همزمان پردازش کرده و امکان حل مسائل پیچیده را با سرعتی بسیار بیشتر از قدرتمندترین ابررایانه‌های سنتی فراهم می‌کنند.

تاریخچه توسعه کامپیوتر کوانتومی

مفهوم رایانش کوانتومی از اصول مکانیک کوانتوم نشأت می‌گیرد؛ اصولی که نخستین بار در اوایل قرن بیستم مورد بررسی قرار گرفتند.

در دهه ۱۹۹۰، پیشرفت‌های نظری مانند مدل رایانش کوانتومی دیوید دویچ (David Deutsch) و الگوریتم شور (Shor’s Algorithm) نشان دادند که سیستم‌های کوانتومی می‌توانند اعداد بزرگ را به‌طور کارآمد تجزیه کنند؛ قابلیتی که یک چالش مستقیم برای امنیت رمزنگاری مدرن ایجاد می‌کند. این کشف نشان داد که رایانش کوانتومی چقدر می‌تواند در شکستن روش‌های رمزنگاری پرکاربردی، مانند RSA که یکی از قدیمی‌ترین سیستم‌های کلید عمومی مورد استفاده برای انتقال امن داده است، مخرب باشد.

در اوایل دهه ۲۰۰۰، پژوهشگران دستگاه‌های کوانتومی در مقیاس کوچک ساختند که این مفاهیم را در عمل تأیید می‌کردند. این امر به افزایش سرمایه‌گذاری و توسعه از سوی شرکت‌های بزرگ فناوری منجر شد. در سال‌های اخیر، شرکت‌هایی مانند آی‌بی‌ام، گوگل و مایکروسافت که پیشرفت‌های قابل‌توجهی در رایانش کوانتومی داشته‌اند، در برخی کاربردها به برتری کوانتومی رسیده‌اند و مسیر را برای پیاده‌سازی‌های پیشرفته‌تر هموار کرده‌اند.

رایانه کوانتومی چگونه کار می‌کند؟

برخلاف رایانش کلاسیک که بر پایه سیستم دودویی ۰ و ۱ قرار دارد، محاسبات کوانتومی می‌تواند از کیوبیت‌ها استفاده کند. رایانش کوانتومی بر ۲ اصل استوار است که باعث می‌شوند یک کامپیوتر کوانتومی اطلاعات را به شیوه‌ای کاملاً متفاوت از رایانه‌های کلاسیک پردازش کند.

برهم‌نهی (Superposition)

یک بیت کوانتومی یا کیوبیت می‌تواند به‌طور هم‌زمان در چندین حالت مختلف قرار بگیرد که به این ویژگی، برهم‌نهی گفته می‌شود. در این حالت، کیوبیت‌ها می‌توانند حجم بسیار متراکمی از اطلاعات را مدیریت کنند؛ چیزی که در روش دودوییِ کلاسیک امکان‌پذیر نیست و قدرت پردازش آن‌ها را بسیار بیشتر از رایانه‌های کلاسیک می‌کند.

درهم‌تنیدگی (Entanglement)

هنگامی‌که کیوبیت‌ها درهم‌تنیده می‌شوند، وضعیت یک کیوبیت بر وضعیت کیوبیت دیگر اثر می‌گذارد. این ویژگی نیز با ایجاد میان‌بُرهایی در محاسبات، به الگوریتم‌هایی منجر می‌شود که به‌مراتب کارآمدتر و قدرتمندتر هستند.

چالش‌ها و محدودیت‌های ساخت کامپیوتر کوانتومی چیست؟

استفاده از بیت‌های ۰ و ۱، مدل استاندارد پردازش داده در کامپیوترهای امروزی است و تراشه‌ها در قلب معماری آن قرار دارند. در رایانش کوانتومی، تولید تراشه‌هایی با قدرت محاسباتی بالا چالش‌هایی دارد که در ادامه بررسی می‌کنیم.

 میکروپردازنده، CPU و تراشه در کامپیوترها

برای درک چالش‌های بهبود عملکرد تراشه در رایانه‌ها، ابتدا باید با ساختار آن آشنا شویم.

CPU‌ یا همان واحد پردازش مرکزی، عملیات حسابی پایه را در کامپیوترها انجام می‌دهد. میکروپردازنده یا ریزپردازنده (Microprocessor) نیز یک تراشه نیمه‌رسانای واحد است که نقش CPU را در یک رایانه بر عهده دارد. ریزپردازنده‌ها در واقع یک مدار مجتمع (Integrated Circuit) یا همان IC بسیار پیشرفته محسوب می‌شوند که در داخل آن‌ها، میلیون‌ها ترانزیستور در کنار هم قرار می‌گیرند.

نخستین میکروپردازنده شرکت اینتل به‌نام Intel 4004، دارای ۲٬۳۰۰ ترانزیستور بود که هرکدام، ۱۰ میکرون اندازه داشتند. از سال ۲۰۱۹ به بعد، اندازه یک ترانزیستور در بازار انبوه، به‌طور متوسط برابر ۱۴ نانومتر بوده است. البته بسیاری از مدل‌های ۱۰ نانومتری از سال ۲۰۱۸ وارد بازار شدند. کوچک‌ترین ترانزیستور فعلی ۱ نانومتر اندازه دارد و ساخت کوچک‌تر از این ابعاد تقریباً ممکن نیست.

قانون مور

در سال ۱۹۶۵، گوردن مور (Gordon Moore) پیش‌بینی کرد که تعداد ترانزیستورهای روی یک ریزتراشه، تقریباً هر دو سال یک‌بار دو برابر می‌شود. دو برابر شدن تعداد ترانزیستورها روی یک ریزتراشه به این معناست که رایانه‌ها دو برابر قدرتمندتر و همچنین بسیار ارزان‌تر خواهند شد.

با اینکه قانون مور بیش از ۵۰ سال دقیق از آب درآمده است، اما با گذر زمان، ساخت تراشه‌های جدید و کوچک‌تر بسیار پرهزینه و پیچیده شده است.

اصل هایزنبرگ

اطلاعات نمی‌توانند سریع‌تر از سرعت نور منتقل شوند و ازآنجاکه سرعت نور محدود و ثابت است، یک محدودیت طبیعی برای تعداد محاسباتی که یک ترانزیستور می‌تواند انجام دهد، ایجاد می‌کند.

درحال‌حاضر، بیت‌ها با الکترون‌هایی که از ترانزیستورها عبور می‌کنند مدل‌سازی می‌شوند؛ بنابراین، سرعت پردازش داده محدود به سرعت حرکت الکترون در ماده است. حالا با کوچک‌تر شدن تراشه‌ها، مقاومت آن‌ها در برابر جریان الکتریکی افزایش و توانایی ذخیره الکترون در آن‌ها کاهش می‌یابد. در نتیجه، انجام محاسبات دقیق سخت‌تر می‌شود.

با ادامه ریزتر کردن تراشه‌ها، بدون شک به اصل عدم قطعیت هایزنبرگ (Heisenberg) در فیزیک کوانتوم برخورد خواهیم کرد. این اصل می‌گوید که جفت‌های مشخصی از خواص فیزیکی، مانند مکان و تکانه، نمی‌تواند با دقتی دلخواه تعیین شوند. به عبارت دیگر، هرچه یک ویژگی با دقت بیشتری اندازه‌گیری شود، دقت شناخت ویژگی دیگر کمتر خواهد بود.

این یعنی با ریزتر شدن تراشه‌ها، دقت در سطح کوانتومی و در نتیجه، توان محاسباتی محدود می‌شود. جیمز آر. پاول (James R. Powell) محاسبه کرده است که به‌دلیل خود اصل عدم قطعیت، قانون مور تا سال ۲۰۳۶ منسوخ خواهد شد.

ناپایداری و چالش‌های محیطی

کیوبیت‌ها شدیداً شکننده‌اند و در اثر کوچک‌ترین اختلالات محیطی مانند گرما، لرزش‌ها یا تداخلات الکترومغناطیسی، ویژگی‌های کوانتومی ظریف خود را از دست می‌دهند که به این اتفاق، ناپایداری (Decoherence) می‌گویند.

به‌همین‌دلیل، تراشه‌های کوانتومی باید در دماهایی نزدیک به صفر مطلق کار کنند. این موضوع به‌دلیل نیاز به خنک‌سازی شدید، انرژی مصرفی کامپیوترهای کوانتومی را افزایش می‌دهد که خود تأثیر قابل‌توجهی بر محیط‌زیست دارد. بااین‌حال، پس از خنک‌سازی، پردازش اطلاعات تقریباً هیچ انرژی مصرف نمی‌کند.

البته پلتفرم‌هایی در حوزه رایانش کوانتومی حضور دارند که به‌طور کامل نیاز به خنک‌سازی کیوبیت‌ها را از بین می‌برند. سیستم رایانش کوانتومی ORCA Computing یکی از این نمونه‌هاست که از فوتون‌های منفرد در دمای محیط به‌عنوان کیوبیت استفاده می‌کند و نیازی به سیستم‌های برودتی ندارد.

خطا، تصحیح و مقیاس‌دهی

رایانش کوانتومی ذاتاً مستعد خطاست و تصحیح خطا یک مؤلفه ضروری محسوب می‌شود. بدون تکنیک‌های قدرتمند تصحیح خطا، محاسبات کوانتومی خیلی زود غیرقابل‌اعتماد می‌شوند.

برای حل این مشکل، کامپیوتر کوانتومی به مفهوم کیوبیت منطقی، یعنی واحدهای انتزاعی اطلاعات کوانتومی که از ترکیب تعداد زیادی کیوبیت فیزیکی شکل می‌گیرند، تکیه می‌کند. براساس تخمین‌ها، درحال‌حاضر حدود ۱۰۰ کیوبیت فیزیکی باید با هم کار کنند تا تنها یک کیوبیت منطقی قابل‌اعتماد ساخته شود؛ موضوعی که پیچیدگی و اندازه رایانه‌های کوانتومی را به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.

این مانع نشان می‌دهد که مقیاس‌دهی به سیستم‌های کوانتومی در عین حفظ دقت و کنترل، تا چه اندازه چالش‌برانگیز است.

شرکت‌های فعال در ساخت و توسعه کامپیوترهای کوانتومی

شرکت‌های مختلفی هستند که در طول سال‌ها، بر توسعه پردازنده‌ها و کامپیوترهای کوانتومی مترکز بوده‌اند. برای مثال، تراشه ویلو (Willow) گوگل یکی از این نمونه‌هاست. نام شرکت‌ها به‌همراه فناوری مورد استفاده آن‌ها را در جدول زیر مشاهده می‌کنید:

نام شرکت/پروژه	نوع تکنولوژی کوانتومی/حوزه فعالیت	پردازنده/ تراشه/حوزه
IBM	کیوبیت‌ ابررسانا (superconducting qubits)	یکی از پیشروها؛ پردازنده‌هایی مانند Condor با حدود ۱۱۲۱ کیوبیت.
Google Quantum AI	کیوبیت ابررسانا/تحقیق و توسعه الگوریتم‌های کوانتومی	پیشرو در برتری کوانتومی پردازنده‌هایی مانند Sycamore و Willow
Microsoft (Azure Quantum)	کیوبیت توپولوژیک + اکوسیستم ابری	کیوبیت‌های توپولوژیک و زیرساخت ابری برای ترکیب رایانش کلاسیک و کوانتومی
IonQ	کیوبیت بر پایه یون‌تله (trapped-ion)	استفاده از تکنولوژی trapped-ion، سخت‌افزار و خدمات ابری کوانتومی
D-Wave Quantum	کوانتوم آنیلینگ (quantum annealing)	قدیمی‌ترین شرکت تجاری کوانتومی (تأسیس ۱۹۹۹)، حرفه‌ای در مسأله‌های بهینه‌سازی. سیستم Advantage2 با تعداد زیاد کیوبیت برای مسأله‌های خاص
Rigetti Computing	کیوبیت ابررسانا + کامپیوتر کوانتومی عمومی	تولید چیپ‌های کوانتومی ابررسانا، ارائه سرویس ابری برای اجرای مدارهای کوانتومی؛ تمرکز بر ترکیب کلاسیک + کوانتومی
Quantinuum	کیوبیت یون‌تله (و ترکیبی) / راهکارهای کوانتومی سازمانی	با تمرکز بر سیستم‌های سازمانی، راهکارهای کوانتومی برای امنیت، شبیه‌سازی مواد و محاسبات حساس
QunaSys	نرم‌افزار کوانتومی + ابر + الگوریتم برای تحقیق و توسعه	شرکت ژاپنی متمرکز بر نرم‌افزار و الگوریتم‌های کوانتومی برای شیمی و طراحی مواد. مجهز به پلتفرم ابری
Qunnect	شبکه کوانتومی + حافظه کوانتومی نوری	تمرکز بر شبکه‌های کوانتومی با حافظه نوری، ارتباط فوتونیکی و زیرساخت کوانتومی برای انتقال ایمن
Amazon Web Services (AWS / Braket)	زیرساخت ابری کوانتومی (access to hardware)	پلتفرم ابری برای دسترسی به سخت‌افزار کوانتومی شرکت‌های مختلف بدون نیاز به مدیریت زیرساخت

حداکثر کیوبیت رایانه‌های کوانتومی

تعداد کیوبیت‌ها نشان‌دهنده تعداد بیت‌های کوانتومی هستند که یک تراشه یا رایانه کوانتومی می‌تواند در یک زمان پردازش کند. هرچه کیوبیت‌ها بیشتر باشند، امکان پردازش اطلاعات بیشتر وجود دارد و در نتیجه، قدرت محاسباتی افزایش می‌یابد.

در طول سال‌ها، پیشرفت‌های عظیمی در تعداد کیوبیت‌ها رخ داده است. در جدول زیر، برخی از بیشترین تعداد کیوبیت‌های فیزیکی که رایانه‌های کوانتومی تا کنون به آن دست یافته‌اند را مشاهده می‌کنید:

سال ساخت	نام شرکت/دستگاه	تعداد کیوبیت
۲۰۱۱	D Wave One (Rainier)	۱۲۸
۲۰۱۳	D Wave Two	۵۱۲
۲۰۱۵	D Wave 2X / 2000Q	۱۱۵۲–۲۰۴۸
۲۰۱۹	Google Sycamore	۵۳
۲۰۲۱	USTC Zuchongzhi 2.1	۶۶
۲۰۲۲	IBM Osprey	۴۳۳
۲۰۲۳	IBM Condor	۱,۱۲۱
اواخر ۲۰۲۳	Atom Computing unnamed system	~۱,۱۸۰
۲۰۲۴	Google Willow	۱۰۵
۲۰۲۴	IBM Heron R1 / R2	≈ ۱۳۳–۱۵۶

مزایا و کاربردهای کامپیوتر کوانتومی چیست؟

رایانش کوانتومی جهشی عمیق برای علم و تمدن محسوب می‌شود. اگر این فناوری به وعده‌هایش عمل کند، اثرات آن می‌تواند صنایع مختلف را دگرگون کرده و جهان را برای همیشه تغییر دهد.

انجام محاسبات پیچیده

ازآنجاکه کیوبیت‌ها می‌توانند به‌طور همزمان در چند حالت قرار داشته باشند، یک رایانه کوانتومی می‌تواند به‌صورت همزمان تعداد بی‌شماری از راه‌حل‌ها را بررسی کند.

یکی از شناخته‌شده‌ترین کاربردهای رایانه‌های کوانتومی، شکستن دشواری‌های ریاضیاتی است که پایه بیشتر رمزنگاری‌های امروزی را تشکیل می‌دهند. از زمانی که گوگل اعلام کرد به «برتری کوانتومی» دست یافته است، تعداد مقاله‌هایی که در اینترنت پایان رمزنگاری‌های فعلی و به‌طور خاص پایان بیت کوین را پیش‌بینی می‌کنند، افزایش پیدا کرده است. در ادامه این مطلب، بیشتر به این موضوع خواهیم پرداخت.

مدل‌سازی، شبیه‌سازی و بهینه‌سازی

جهانی را تصویر کنید که در آن، داروهای جدید، اتم‌به‌اتم و به‌صورت شبیه‌سازی‌شده و پیش از شروع آزمایش‌های انسانی طراحی شوند؛ جایی که باتری‌ها ده برابر دوام بیشتری دارند، چراکه شیمی آن‌ها در سطح کوانتومی شبیه‌سازی و بهینه شده است. جایی که شبکه‌های لجستیک جهانی به‌صورت خودکار و در زمان واقعی بهینه می‌شوند و ضایعات و انتشار آلاینده‌ها به‌شدت کاهش می‌یابد.

عملکرد تراشه Willow شرکت گوگل نشان می‌دهد که امکان مدل‌سازی مولکول‌های پیچیده، بهینه‌سازی شبکه‌های عظیم لجستیک و کشف مواد جدید به روش‌هایی که امروز خارج از دسترس هستند، وجود دارد.

کاوش در ستاره‌ها و مأموریت‌های فضایی

رایانش کوانتومی حتی روزی می‌تواند به بشر کمک کند تا ستاره‌ها را کاوش کند. با شبیه‌سازی مواد جدید برای فضاپیماها، بهینه‌سازی لجستیک مأموریت‌های فضایی دور و امکان ارتباط امن بین ماهواره‌ها، رایانش کوانتومی می‌تواند انواع مشکلات پیچیده و چندمتغیره‌ای که اکتشاف فضا به آن نیاز دارد را حل کند.

ناسا هم‌اکنون از پردازنده‌های کوانتومی برای طراحی سیستم‌های پیشرانه کارآمدتر و ابزارهای برنامه‌ریزی مأموریت استفاده می‌کند.

بازیابی بیت کوین های گم‌شده

یکی از مهمترین و جالب‌توجه‌ترین کاربردهای بالقوه رایانه‌های کوانتومی، بازیابی بیت کوین‌های گمشده است. این رایانه‌های با اجرای الگوریتم‌های پیشرفته‌ای مانند الگوریتم شور می‌توانند رمزنگاری نامتقارن (Asymmetric Cryptography) مانند الگوریتم امضای دیجیتال منحنی بیضوی (ECDSA) و SHA-256 را که برای محافظت از کیف پول‌های بیت کوین استفاده می‌شود، بشکنند و با سرعت بسیار بالا، کلید خصوصی را از کلید عمومی استخراج کنند. پس از استخراج کلید خصوصی، دسترسی به بیت کوین‌های موجود در کیف پول ممکن می‌شود.

تهدید‌های کامپیوتر کوانتومی؛ از تهدید زندگی دیجیتال تا هک بیت کوین

بااینکه محاسبات کوانتومی ممکن است روزی ما را به ستاره‌ها برساند و شکستن دشواری‌های ریاضیاتی یکی از مزیت‌های آن محسوب می‌شود، اما این امر خود می‌تواند تهدیدی برای کل زندگی دیجیتال ما باشد.

بااین‌حال، ازآنجاکه رمزارزها برای بسیاری از افراد یک سرمایه‌گذاری محسوب می‌شوند، تهدیدات رایانش کوانتومی برای آن‌ها چشم‌گیرتر است. رمزنگاری ارزهای دیجیتال بر دو پایه اصلی استوار است:

• الگوریتم‌های هشینگ (Hashing Algorithms): مانند اثر انگشت دیجیتال عمل کرده و صحت تراکنش‌ها را تأیید می‌کنند.
• امضاهای دیجیتال (Digital Signatures): مالکیت واقعی را مستقیماً تأمین کرده و از کلیدهای عمومی و خصوصی استفاده می‌کنند.

رایانش کوانتومی به روش‌های مختلف هر دوی این موارد را تهدید می‌کند که در ادامه آن‌ها را بررسی می‌کنیم.

امنیت کیف پول‌ها و شکستن امضاهای دیجیتال

باوجوداینکه گفتیم اجرای الگوریتم شور یکی از مزایای رایانه‌های کوانتومی است و می‌تواند برای بازیابی ارزهای گمشده‌ای که مالکان آن‌ها به کلید خصوصی‌شان دسترسی ندارند کاربرد داشته باشد، اما این امر خود یک تهدید برای امنیت دارایی‌های کاربران است.

به بیان ساده، یک کامپیوتر کوانتومی قدرتمند که الگوریتم شور را اجرا کند، می‌تواند کلید خصوصی را مستقیماً از کلید عمومی کیف پول ارز دیجیتال شما استخراج کند. اگر فردی بتواند به کلید خصوصی رمز ارزهای شما دست پیدا کند، توانایی دسترسی به دارایی‌های شما را نیز خواهد داشت.

برداشت حالا، رمزگشایی بعداً

درخصوص شکستن امضاهای دیجیتال، آدرس‌های قدیمی بیت کوین که دارای فرمت P2PK هستند یا بیت کوین‌های مربوط به آدرس‌های P2PKH را مجدداً استفاده کرده‌اند، آسیب‌پذیری بالایی دارند. در این آدرس‌ها، بیت کوین‌ها مستقیماً در خود کلید عمومی آدرس‌ها قفل شده‌اند.

حالا در حملات «برداشت حالا، رمزگشایی بعداً (Harvest Now, Decrypt Later)»، هکرها اطلاعات کلید عمومی را از بلاک چین جمع‌آوری می‌کنند تا هنگامی‌که کامپیوترهای کوانتومی به‌صورت عملی در دسترس قرار گرفتند، بتوانند دارایی‌ها را رمزگشایی و سرقت کنند. این اتفاق، روند گذار به رمزنگاری امن در برابر کوانتوم را پیچیده می‌کند.

برآورد شده است که حدود ۲۵–۳۰٪ از تمام بیت کوین‌ها (بیش از ۴ میلیون BTC)، شامل کیف پول ساتوشی ناکاموتو، در معرض خطر این نوع حمله قرار دارند.

تمرکزگرایی ماینینگ

خطر دیگر محاسبات کوانتوم برای دنیای امروزی ما، از الگوریتم گرووِر (Grover’s Algorithm) نشأت می‌گیرد که می‌تواند روند استخراج بیت کوین را به‌طور چشمگیری تسریع کند. کامپیوترهای کوانتومی که از الگوریتم گروور استفاده می‌کنند، می‌توانند بسیار سریع‌تر از ماینرهای کلاسیک عمل کنند.

این موضوع می‌تواند باعث متمرکزشدن قدرت استخراج در دست تعداد کمی گروه یا کشور مجهز به فناوری کامپیوتر کوانتومی شود که دقیقاً خلاف فلسفه تمرکززدایی بیت کوین است.

بااین‌حال، این خطر در مقایسه با تهدید ناشی از الگوریتم شُر، فوریت بسیار کمتری دارد. علت آن است که اجرای ماینینگ کوانتومی در مقیاس بزرگ، به منابع محاسباتی فوق‌العاده سنگین و فناوری بسیار پیشرفته نیاز دارد که هنوز فاصله زیادی با آن داریم.

از کار انداختن مکانیزم‌های اجماع

قدرتمندترین کامپیوتر کوانتومی فعلی که نزدیک به ۱۲۰۰ کیوبیت دارد، هنوز قادر به شکستن الگوریتم ماینینگ SHA-256 یا از کار انداختن سازوکارهای اجماع مانند اثبات کار و اثبات سهام که در بیت کوین و اتریوم استفاده می‌شوند، نیست. بااین‌حال، درصورت افزایش کیوبیت‌ها، این الگوریتم‌ها در معرض خطر قرار خواهند گرفت.

برآوردها نشان می‌دهد که یک رایانه کوانتومی باید حدود ۱ میلیون کیوبیت داشته باشد تا بتواند الگوریتم SHA-256 را بشکند و حدود ۱ میلیارد کیوبیت برای انجام یک حمله ۵۱ درصدی روی یک شبکه بلاک‌چینی نیاز است.

حملات ترانزیت

تهدید فوری‌تر، حملات ترانزیت (Transit Attacks) هستند؛ جایی که یک کامپیوتر کوانتومی، کنترل تراکنش‌ها را در بازه زمانی ایجاد بلاک به‌دست می‌گیرد. زمان ساخت بلاک در بلاکچین بیت کوین ۶۰۰ ثانیه و در اتریوم ۱۵ ثانیه است.

بلاک چین‌های جدیدتر مانند سولانا، زمان نهایی‌سازی بسیار سریع‌تری، در حدود ۴۰۰ میلی‌ثانیه، دارند که آن‌ها را اندکی در برابر چنین حملاتی مقاوم‌تر می‌کند.

هک بیت کوین با رایانش کوانتوم چه تأثیری بر کاربران و شبکه دارد؟

نگرانی اصلی برای یک هولدر عادی بیت کوین، سقوط ناگهانی اعتماد است؛ اتفاقی که می‌تواند قیمت‌ها را به‌شدت پایین بکشد و تأثیر دومینویی‌واری بر بازارهای مالی، خصوصاً بازارهای سنتی که پذیرش نهادی ارزهای دیجیتال در آن‌ها با سرعت زیادی درحال افزایش است، بگذارد.

بااین‌حال، درحال‌حاضر تهدیدهای کوانتومی همچنان نظری هستند. رمزنگاری بیت کوین همچنان قدرتمند است و کامپیوترهایی که قادر به شکستن آن باشند، فقط روی کاغذ وجود دارند. از طرف دیگر، کارشناسان همچنان خوش‌بین هستند که بلاک چین‌های مقاوم در برابر کوانتوم قابل دستیابی‌اند و صنعت در تلاش است با استانداردهایی که در امور مالی سنتی پذیرفته شده، همسو شود.

چه زمانی رایانش کوانتومی ممکن می‌شود؟

پیش‌بینی‌های مختلفی درباره زمان واقعی ظهور کامپیوترهای کوانتومی با قابلیت شکستن رمزنگاری (CRQC) وجود دارد، اما همه نشانه‌های حال‌حاضر حاکی از تسریع این اتفاق هستند.

شرکت‌هایی مانند فوجیتسو (Fujitsu) و آیون‌کیو (IonQ)، نقشه‌راه‌های بسیار تهاجمی را ارائه کرده و قصد دارند بین سال‌های ۲۰۲۷ تا ۲۰۳۰، به ماشین‌هایی با ۱۰ هزار کیوبیت یا بیشتر دست پیدا کنند.

پیشرفت‌های فعلی

پیشرفت‌های اخیر در الگوریتم‌ها، تعداد کیوبیت‌های موردنیاز برای شکستن رمزنگاری را به‌شدت کاهش داده است. به‌همین‌خاطر، برخی تحلیلگران تاریخ احتمالی برای شکستن استاندارد رمزنگاری RSA-2048 که از کلید ۲۰۴۸ بیتی برای حفاظت از اطلاعات حساس استفاده می‌کند را زودتر از سال ۲۰۳۰ پیش‌بینی می‌کنند.

پژوهشگر Google Quantum AI، کریگ گیدنی (Craig Gidney)، در مقاله‌ای که در اواخر می ۲۰۲۵ منتشر کرد، نشان داد که یک کلید RSA-2048 را می‌توان در کمتر از یک هفته با یک کامپیوتر کوانتومی و کمتر از یک میلیون کیوبیت نویزی شکست؛
این رقم کاهش بزرگی نسبت به تخمین قبلی ۲۰ میلیون کیوبیت است.

این تحولات با مهلت نهایی سال ۲۰۳۵ که توسط نهادهای دولتی آمریکا مانند سازمان ملی استاندارد و فناوری (NIST) و آژانس امنیت ملی (NSA) برای انجام کامل مهاجرت به سیستم‌های مقاوم در برابر کوانتوم تعیین شده، همسو است. پس از آن، کامپیوترهای کوانتومی بالغ می‌توانند کل زیرساخت امنیت دیجیتال جهان را مجبور به بازطراحی کامل کنند.

انیگما و تاریخچه شکست رمزنگاری

درصورت شکست رمزنگاری بیت کوین توسط رایانه‌های کوانتومی، این اولین‌باری نخواهد بود که یک الگوریتم رمزنگاری در سطح جهانی بدون اطلاع عموم شکسته می‌شود.

رمز انیگما که توسط آلمان نازی در جنگ جهانی دوم استفاده می‌شد، در زمان خود غیرقابل‌شکستن بود. اما رمزنگاران به رهبری آلن تورینگ و تیم او در بلچلی پارک، آن را در سکوت رمزگشایی کردند. متفقین این موفقیت را مخفی نگه داشتند تا آلمان همچنان از همان رمز استفاده کند.

بنابراین، زمانی که یک کامپیوتر کوانتومی در عموم ظاهر شود، آن سیستم ماه‌ها قبل در کنترل دولت بوده است.

نظر متخصصان درباره تهدیدات کامپیوترهای کوانتومی و زمان وقوع آن‌ها

بسیاری از متخصصان بر این باورند که رایانه‌های کوانتومی روزی قادر به شکستن الگوریتم‌های رمزنگاری خواهند بود. بااین‌حال، برخی دیگر رخداد چنین اتفاقی را حداقل برای سال‌های نزدیک ممکن نمی‌دانند. در این قسمت، نظر کارشناسان در این باره را بررسی می‌کنیم.

آناتولی یاکوونکو، هم‌بنیان‌گذار سولانا

آناتولی یاکوونکو (Anatoly Yakovenko)، هم‌بنیان‌گذار سولانا، در نشست All-In Summit در سال ۲۰۲۵ هشدار داد که جامعه بیت کوین باید فرایند مقاوم‌سازی در برابر حملات کوانتومی را سریع‌تر پیش ببرد، چراکه یک پیشرفت بزرگ در محاسبات کوانتومی ممکن است خیلی زودتر از چیزی که انتظار می‌رود، اتفاق بیفتد. او گفته:

احتمال ۵۰/۵۰ می‌دهم که در پنج سال آینده، یک جهش بزرگ کوانتومی رخ بدهد. باید بیت کوین را به یک طرح امضای مقاوم در برابر کوانتوم منتقل کنیم.

دیوید کاروالیو، بنیان‌گذار نوریس پروتکل

دیوید کاروالیو (David Carvalho)، بنیان‌گذار و دانشمند ارشد شرکت Naoris Protocol که بر توسعه بلاک چین‌های سازگار با ماشین مجازی اتریوم و مقاوم در برابر کوانتوم متمرکز است، در ژوئن ۲۰۲۵ (خرداد ۱۴۰۴) گفت کامپیوترهای کوانتومی آن‌قدر پیشرفته شده‌اند که ممکن است بتوانند کمتر از پنج سال دیگر رمزنگاری بیت کوین را «به‌طور واقعی از هم بپاشند».

البته او در ادامه گفت برای مقابله با این تهدید، یک مشکل بزرگ بر سر راه وجود دارد: ارتقای یک بلاکچین از رمزنگاری سنتی به الگوریتم‌های پسا-کوانتومی کار بسیار دشواری است. این تغییر نیازمند هاردفورک است؛ اقدامی که بسیاری از جوامع کریپتو با آن مخالف‌اند چون:

• اجماع گسترده لازم دارد.
• ممکن است باعث دو شاخه شدن شبکه شود.
• انتقال دارایی‌ها و سازگاری کیف پول‌ها را پیچیده می‌کند.

به‌همین‌دلیل، حتی اگر خطر کوانتومی نزدیک باشد، اجرای یک ارتقای بلاک چین بیت کوین به نسخه‌ای مقاوم در برابر کامپیوترهای کوانتومی، چالش‌برانگیز و زمان‌بر خواهد بود.

آدم بک، مدیرعامل بلاک‌استریم

آدام بک (Adam Back)، مدیرعامل شرکت توسعه بلاکچین بلاک‌استریم (Blockstream)، گفته کامپیوتر کوانتومی فعلی تهدید جدی برای رمزنگاری بیت کوین نیست، اما می‌تواند آن را در آینده تهدید کند. او گفته شاید ۲۰ سال آینده به چنین فناوری برسیم.

سمسون ما، بنیان‌گذار جن۳

سمسون ما (Samson Mow)، بنیان‌گذار شرکت جن۳ (Jan3) که بر افزایش پذیرش بیت کوین و آزادی‌های مالی متمرکز است، گفته خیلی نگران تهدیدهای رایانه‌های کوانتومی نیست:

فکر می‌کنم این یک ریسک واقعی است، اما احتمالاً با زمان وقوع آن یک دهه فاصله داریم و باید بگم قبل از فروپاشی بیت کوین، ابتدا چیزهای دیگر دچار فروپاشی خواهد شد.

کاپیل دهیمان، مدیرعامل کورانیوم

کاپیل دهیمان (Kapil Dhiman)، بنیان‌گذار و مدیرعامل کورانیوم (Quranium)، یک استارتاپ بلاکچینی لایه‌یک با تمرکز بر امنیت پساکوانتومی، هشدار داده که قدیمی‌ترین کیف پول‌ها، اولین و آشکارترین قربانیان خواهند بود:

کوین‌های ساتوشی ناکاموتو مثل طعمه بی‌دفاع خواهند بود. اگر آن کوین‌ها جابه‌جا شوند، اعتماد به بیت کوین خیلی پیش‌تر از اینکه خود سیستم از کار بیفتد، فرو می‌ریزد.

در چنین سناریویی، بلاک چین بیت کوین همچنان به پردازش عادی تراکنش‌ها ادامه می‌دهد، بلاک‌ها استخراج می‌شوند و دفترکل دست‌نخورده باقی می‌ماند، اما مالکیت کیف پول‌ها در سکوت تغییر می‌کند.

روش بیت کوین و بلاک چین‌ها برای مقابله با تهدیدات رایانش کوانتومی

متخصصان هم‌اکنون کار روی راهکارهای افزایش امنیت ارزهای دیجیتال و توسعه روش‌های رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم را آغاز کرده‌اند. از جمله روش‌های کلی مقابله با تهدیدات این فناوری برای رمزنگاری شامل موارد زیر است:

• استفاده از الگوریتم‌های پساکونتومی
• امضاهای مقاوم در برابر کوانتوم
• الگوریتم‌های سازمانی
• پروتکل‌های تبادل کلید
• طراحی قراردادهای هوشمند غیرقابل‌تغییر
• مکانیزم‌های اجماع قدرتمندتر

بهبود الگوریتم‌های رمزنگاری

برای محافظت از شبکه‌های بلاکچینی در برابر تهدیدات کوانتومی، به الگوریتم‌های رمزنگاری قدرتمندتر نیاز است. برخی از پیشنهادات فعلی شامل موارد زیر هستند:

• رمزنگاری مشبکه‌مبنا (Lattice-based Cryptography): با وارد کردن نویز ریاضی به فرایند رمزگذاری، رایانه‌های کوانتومی را سردرگم می‌کند.
• رمزنگاری مبتنی بر کد (Code-based Cryptography): از کدهای تصحیح خطا برای ایمن‌سازی داده استفاده می‌کند و در برابر حملات کوانتومی مقاومت دارد.
• رمزنگاری مبتنی بر هش (Hash-based Cryptography): توابع هش را به شیوه‌هایی که در برابر الگوریتم‌های کوانتومی ایمن هستند، استفاده می‌کند.
• رمزنگاری چندمتغیره چندجمله‌ای (Multivariate Polynomial Cryptography): شامل معادلات چندجمله‌ای پیچیده‌ای است که حل آن‌ها برای رایانه‌های کوانتومی دشوار است.

افزایش امنیت امضای دیجیتال و والت‌ها

طراحی‌های جدید در کیف پول‌های رمزارزی و امضای تراکنش‌ها که از تکنیک‌های رمزنگاری پساکوانتومی بهره می‌برند، یکی از راهکارهای مهم برای مقابله با تهدیدات این فناوری هستند از جمله:

• انتزاع حساب در ERC-4337 اتریوم: انتزاع احساب (Account Abstraction)‌ باعث می‌شود کلیدهای خصوصی هنگام امضای تراکنش افشا نشوند.
• نوع جدید تراکنش در EIP-7560 اتریوم: با استفاده از فناوری‌های اثبات دانش صفر (ZK) مانند STARKs که مبتنی بر هشینگ است و امضاهای Winternitz، نوع تراکنش جدید تضمین می‌کند که کیف پول‌های موجود به کد اعتبارسنجی جدیدی منتقل شوند.
• آدرس‌های مقاوم در BIP-360 بیت کوین: یک استاندارد سازگار با تپروت (Taproot) و یک سافت‌فورک برای معرفی آدرس‌های P2QRH است که در سال ۲۰۲۵ معرفی شد. این آدرس‌ها برای محافظت در برابر الگوریتم شور کاربرد دارند. هدف این طرح این است که حملات کوانتومی را از نظر اقتصادی غیرممکن یا بسیار پرهزینه کند.

الگوریتم‌های سازمانی

سازمان ملی استاندارد و فناوری آمریکا، یکی از مراجع پیشرو در توسعه و طراحی استانداردها و الگوریتم‌های پساکوانتومی بوده است و پروژه‌های متعددی از آن‌ها برای مقاوم‌سازی بلاک چین‌هایشان در برابر تهدیدات کامپیوتر کوانتومی استفاده می‌کنند.

سه مورد از استانداردهای این مؤسسه شامل FIPS شماره 203، 204 و 205 هستند که در اوت ۲۰۲۴ نسخه نهایی آن‌ها منتشر شد. الگوریتم‌های امضای دیجیتال مقاوم در برابر کوانتوم این سازمان نیز CRYSTALS-Dilithium و Falcon و HQC نام دارند.

جامعه اتریوم نیز قصد دارد این استانداردهای را به‌صورت ترکیبی با الگوریتم‌های کلاسیک، مثلاً ترکیب Dilithium با ed25519، پیاده‌سازی کند. علاوه‌براین، پیشنهادی برای توسعه سیستم‌های یادگیری ماشینی مطرح شده که تراکنش‌های مشکوک را شناسایی و پایش کرده و به‌عنوان یک مکانیزم هشدار زودهنگام برای فعال‌سازی هاردفورک ایمن عمل کنند. این اقدامات پیشگیرانه نشان می‌دهند که اتریوم آماده است تا چالش‌های امنیتی ناشی از پیشرفت‌های رایانش کوانتومی را مدیریت کند.

طراحی قراردادهای هوشمند غیرقابل‌تغییر

یک رویکرد قابل‌اتکا برای کاهش ریسک‌های رایانش و محاسبات کوانتومی، طراحی قراردادهای هوشمند غیرقابل‌تغییر و دستکاری است که فاقد هرگونه قابلیت جابه‌جایی وجوه کاربران باشند. این موضوع تضمین می‌کند که تنها یک کاربر مشخص بتواند وجوه اختصاص‌داده‌شده خود را از قرارداد برداشت کند و از دسترسی غیرمجاز جلوگیری می‌کند.

بااین‌حال، حتی با چنین ساختاری، امنیت همچنان وابسته به یکپارچگی کلیدهای خصوصی کاربر و امضاهای دیجیتال است؛ عناصری که در نهایت تحت کنترل چارچوب رمزنگاری بلاکچین قرار دارند.

پیاده‌سازی پروتکل‌های تبادل کلید

یکی دیگر از راهکارهای مقاومتی، استفاده از پروتکل‌های تبادل کلید مقاوم در برابر کوانتوم است. این پروتکل‌ها، برای تبادل ایمن کلیدهای رمزنگاری بین طرفین به‌کار می‌روند و تضمین می‌کنند که این کلیدها توسط یک کامپیوتر کوانتومی قابل‌رهگیری یا رمزگشایی نباشند. با به‌کارگیری پروتکل‌های تبادل کلید مقاوم در برابر کوانتوم، می‌توان از محرمانگی و یکپارچگی داده‌های منتقل‌شده روی بلاک چین محافظت کرد.

توسعه مکانیز‌م‌های اجماع مقاوم

مکانیسم‌های سنتی فعلی مانند اثبات کار و اثبات سهام ممکن است در برابر حملات کوانتومی آسیب‌پذیر باشند. مکانیسم‌های اجماع مقاوم در برابر کوانتوم به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که در برابر این حملات امن باشند و یکپارچگی و امنیت بلاکچین را تضمین کنند.

لیست پروژه‌ها و بلاک چین‌های مقاوم در برابر رایانش کوانتومی

آمادگی پساکوانتومی (Post-quantum readiness) به توانایی یک بلاک چین برای مقابله با تهدیدات امنیتی ناشی از پیشرفت‌های آینده در رایانش کوانتومی اشاره دارد. به این پروژه‌ها، Quantum-ready نیز گفته می‌شود. یک بلاک چین زمانی «آماده پساکوانتوم» محسوب می‌شود که بتواند حملات کوانتومی را کاهش دهد.

سایت کوین مارکت کپ نیز لیستی از ارزهای دیجیتال مقاوم در برابر کامپیوترهای کوانتومی را ارائه کرده است که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید:

در ادامه، بلاک چین‌هایی که با پیاده‌سازی مکانیزم‌های اجماع مقاوم و بهبود روش‌های امضای تراکنش‌ها به ایجاد مقاومت در برابر محاسبات کوانتوم پرداخته‌اند را بررسی می‌کنیم.

الگورند‎

الگورند (Algorand) با نماد ALGO یکی از پروژه‌های بلاک چینی است که برای رسیدن به آمادگی پساکوانتومی، ایمن‌سازی تاریخچه زنجیره خود را با معرفی State Proofs در سال ۲۰۲۲ آغاز کرد. State Proof یک گواهی فشرده و امنِ پساکوانتومی است که تغییرات وضعیت دفترکل را در هر ۲۵۶ دور، تأیید و فشرده‌سازی می‌کند. این گواهی‌ها با الگوریتم Falcon که پیشتر اشاره کردیم از جمله استانداردهای مورد تأیید NIST آمریکاست، امضا می‌شوند.

کوانتوم سکیورد بلاک چین

پلتفرم کوانتوم سکیورد بلاک چین (Quantum Secured Blockchain) محصول شرکت Quantum Blockchains Inc، با هدف ایجاد بلاکچینی مقاوم در برابر حملات احتمالی رایانه‌های کوانتومی قدرتمند یا عوامل هوش مصنوعی پیشرفته، ساخته شده است. سه رکن اصلی این پلتفرم شامل توزیع کلید کوانتومی (QKD)، رمزنگاری پساکوانتومی (PQC) و تولید اعداد تصادفی کوانتومی (QRNG) هستند.

پلتفرم QSB همچنین بر بستر فریم‌ورک پیشرفته، ماژولار و مقیاس‌پذیر سابسریت (Substrate) پیاده‌سازی شده است که امکان ساخت بلاک چین‌های سفارشی‌سازی‌شده را فراهم می‌کند. سابسریت که زیرساخت اصلی شبکه پولکادات نیز به‌شمار می‌رود، مجموعه‌ای از ابزارها، کتابخانه‌ها و ران‌تایم‌ها را ارائه می‌دهد که فرایند توسعه بلاکچین‌های اختصاصی را به‌طور چشمگیری ساده‌تر می‌کند. انعطاف‌پذیری این فریم‌ورک در کنار پشتیبانی از الگوریتم‌های اجماع متنوع، آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای طیف گسترده‌ای از پروژه‌های بلاک چینی تبدیل کرده است.

نوریس پروتکل

نوریس پروتکل (Naoris Protocol) یکی دیگر از نمونه پروژه‌های کریپتویی مجهز به استانداردهای پساکوانتومی است. این پروژه با بهره‌گیری از الگوریتم‌های موردتأیید سازمان NIST آمریکا، امکان توسعه بلاکچین‌های سازگار با ماشین مجازی اتریوم و مقاوم در برابر کامپیوترهای کوانتومی را در لایه زیرصفر و بدون نیاز به هاردفورک، فراهم می‌کند.

کورانیوم

کوارنیوم (Quranium) یک بلاک چین لایه اول است که از الگوریتم امضای دیجیتال SLH-DSA مورد تأیید مؤسسه NIST استفاده می‌کند. این پلتفرم:

• با ماشین مجازی اتریوم سازگار است.
• دارای صرافی غیرمتمرکز سطح سازمان است.
• مجهز به ابزارهای پیاده‌سازی قرارداد هوشمند با هوش مصنوعی است.
•  مجهز به کیف پول مقاوم در برابر رایانش کوانتومی جهت ذخیره‌سازی توکن‌ها و ان‌اف‌تی‌هاست.

سؤالات متداول

آیا کامپیوتر کوانتومی می‌توانند بیت کوین را هک کند؟

درحال‌حاضر خیر. کامپیوترهای کوانتومی موجود، قدرت و تعداد کیوبیت کافی برای شکستن رمزنگاری SHA-256 یا الگوریتم امضای دیجیتال بیت کوین را ندارند. اما در آینده این احتمال وجود دارد.

چه تعداد کیوبیت برای شکستن رمزنگاری بیت کوین لازم است؟

برآوردها نشان می‌دهد حدود ۱ میلیون کیوبیت برای شکستن رمزنگاری الگوریتم SHA-256 و بیش از ۱ میلیارد کیوبیت برای انجام حمله ۵۱ درصدی نیاز است؛ مقادیری که فعلاً بسیار فراتر از توان رایانه‌های کوانتومی امروزی هستند.

آیا بلاک چین‌ها می‌توانند در برابر تهدیدات کوانتومی مقاوم شوند؟

بله. پژوهش‌ها روی رمزنگاری پساکوانتومی (Post-Quantum Cryptography) در جریان است و احتمالاً بلاک چین‌ها در آینده به استانداردهای جدید و مقاوم در برابر کوانتوم مهاجرت خواهند کرد.

آیا کاربران عاد‎ی الان باید نگران دارایی‌های خود باشند؟

خیر. تهدیدات کوانتومی فعلاً نظری هستند و با وجود توسعه سریع، سال‌ها تا رسیدن به سطح خطرناک فاصله داریم. بهترین اقدام کاربران، استفاده نکردن از آدرس‌های قدیمی و تکراری است.

جمع‌بندی

رایانش کوانتومی (Quantum Computing) یک پیشرفت هیجان‌انگیز و درعین‌حال چالش‌برانگیز است. این فناوری می‌تواند بسیاری از صنایع را متحول کند، اما در نقطه مقابل، تهدیداتی واقعی برای رمزنگاری و امنیت دیجیتال به‌وجود می‌آورد. با اینکه کامپیوترهای کوانتومی امروز هنوز قادر به شکستن امنیت بیت کوین و شبکه‌های بلاک چینی نیستند، اما سرعت پیشرفت این حوزه نشان می‌دهد که باید از همین امروز برای آینده آماده شد. به‌لطف استانداردهای پساکوانتومی و حرکت آرام اکوسیستم ارزهای دیجیتال به‌سمت الگوریتم‌های مقاوم، احتمالاً بلاک چین‌ها نیز در زمان مناسب خود را با این تغییر بزرگ سازگار خواهند کرد.

اشتراک‌گذاری :