سبد خرید 0

رایانه های کوانتومی و ارزهای رمزپایه

10 / 10
از 1 کاربر
« بازگشت به لیست مقالات | شنبه 19 مهر 1399 در ساعت 14 : 52 دقیقه | نظرات کاربران ( 0 )

معرفی

رایانه های کوانتومی ماشین های قدرتمندی هستند که می توانند خیلی سریعتر از رایانه های معمولی معادلات پیچیده را حل کنند. برخی از کارشناسان تخمین می زنند که می توانند رمزگذاری را در تنها چند قیقه انجام دهند که برای سریعترین رایانه های امروزی هزاران سال زمان می برد. در نتیجه، بیشتر زیرساخت های امنیتی دیجیتال امروز ممکن است در معرض خطر قرار بگیرند - از جمله رمزنگاری زیر بیت کوین و ارزهای رمزپایه.

در این مقاله مقدمه ای در مورد تفاوت رایانه های کوانتومی با رایانه های معمولی و خطرات آنها برای ارزهای رمزپایه و زیرساخت های دیجیتال ارائه خواهد شد.

رمزنگاری نامتقارن و امنیت اینترنت

رمزنگاری نامتقارن (همچنین به عنوان رمزنگاری کلید عمومی نیز شناخته می شود) یکی از مؤلفه های مهم اکوسیستم ارز رمزنگاری شده و بیشتر زیرساخت های اینترنتی است. رمزگذاری و رمزگشایی اطلاعات به یک جفت کلید متکی است - یعنی یک کلید عمومی برای رمزگذاری و یک کلید خصوصی برای رمزگشایی. در رمزنگاری کلید متقارن فقط از یک کلید برای رمزگذاری و رمزگشایی داده ها استفاده می کند.

یک کلید عمومی می تواند آزادانه به اشتراک گذاشته شود و برای رمزگذاری اطلاعات مورد استفاده قرار گیرد، که فقط می تواند توسط کلید خصوصی مربوطه رمزگشایی شود. این اطمینان می دهد که فقط گیرنده مورد نظر می تواند به اطلاعات رمزگذاری شده دسترسی پیدا کند.

یکی از مزایای اصلی رمزنگاری نامتقارن ، توانایی تبادل اطلاعات بدون نیاز به اشتراک کلید مشترک در یک کانال غیرقابل اعتماد است. بدون این توانایی حیاتی، امنیت اطلاعات اساسی در اینترنت غیرممکن بود. تصور بانکداری آنلاین، بدون توانایی رمزگذاری ایمن اطلاعات بین اشخاص غیرقابل اعتماد، دشوار است.

برخی از امنیت رمزنگاری نامتقارن متکی بر این فرض است که الگوریتم تولید کننده جفت کلید، محاسبه کلید خصوصی از کلید عمومی را فوق العاده دشوار می کند، در حالی که محاسبه کلید عمومی از کلید خصوصی ساده است. در ریاضیات به این تابع trapdoor گفته می شود، زیرا محاسبه آن در یک جهت آسان است اما در جهت دیگر دشوار است.

در حال حاضر ، بیشتر الگوریتم های مدرن مورد استفاده برای تولید جفت کلید بر اساس توابع شناخته شده trapdoor ریاضی است. ممکن نیست این توابع trapdoor در یک بازه زمانی قابل حل و برای هر رایانه موجود عملی باشد. برای انجام این محاسبات حتی برای قدرتمندترین ماشینها نیز زمان بسیار زیادی لازم است.

 با این حال، این امر ممکن است به زودی با توسعه سیستم های جدید محاسباتی به نام رایانه های کوانتومی تغییر کند. برای درک اینکه چرا رایانه های کوانتومی بسیار قدرتمند هستند، ابتدا نحوه کار رایانه های معمولی را بررسی کنیم.

رایانه های کلاسیک

کامپیوترهایی که امروزه می شناسیم را می توان رایانه های کلاسیک نامید. این به این معنی است که محاسبات به ترتیب متوالی انجام می شوند - یک کار محاسباتی اجرا می شود و سپس می توان کار دیگری را شروع کرد. این به این دلیل است که حافظه در یک رایانه کلاسیک باید از قوانین فیزیک پیروی کند و فقط می تواند حالت 0 یا 1 (خاموش یا روشن) داشته باشد.

روشهای مختلف سخت افزاری و نرم افزاری وجود دارد که به رایانه ها امکان می دهد تا محاسبات پیچیده را به قطعات کوچکتر تقسیم کنند تا بازدهی کسب کنند. با این حال، اساس همان است. یک کار محاسباتی باید قبل از شروع کار دیگری انجام شود.

بیایید مثال زیر را بررسی کنیم ، جایی که کامپیوتر باید یک کلید 4 بیتی را حدس بزند. هر 4 بیت می تواند 0 یا 1 باشد. 16 ترکیب ممکن وجود دارد، همانطور که در جدول نشان داده شده است:

تصویر کوانتومی

 یک رایانه کلاسیک باید هر ترکیبی را یک باره حدس بزند. تصور کنید که یک قفل و 16 کلید روی یک جاکلیدی دارید. هر یک از 16 کلید باید جداگانه امتحان شود. اگر اولین قفل را باز نکند ، می توان بعدی را امتحان کرد ، سپس بعدی را امتحان کنید و همینطور ادامه دهید تا کلید قفل را باز کند.

 با این حال، با رشد طول کلید، تعداد ترکیبات احتمالی به صورت نمایی رشد می کند. در مثال بالا، اضافه کردن یک بیت اضافی برای افزایش طول کلید به 5 بیت منجر به 32 ترکیب ممکن می شود. افزایش آن به 6 بیت منجر به 64 ترکیب ممکن می شود. با 256 بیت ، تعداد ترکیبات احتمالی نزدیک به تعداد تخمینی اتم ها در جهان مشاهده می شود.

در مقابل ، سرعت پردازش محاسباتی فقط به صورت خطی رشد می کند. دو برابر شدن سرعت پردازش رایانه ، فقط منجر به دو برابر شدن تعداد حدس هایی می شود که در یک زمان معین می شود. رشد نمایی به مراتب از هر پیشرفت خطی در حدس زدن پیشی می گیرد.

تخمین زده می شود هزاران سال طول می کشد تا یک سیستم محاسباتی کلاسیک کلید 55 بیتی را حدس بزند. برای مرجع، حداقل اندازه توصیه شده برای عبارت مورد استفاده در بیت کوین 128 بیت است.

به نظر می رسد که محاسبات کلاسیک تهدیدی برای رمزگذاری نامتقارن نیست که توسط ارزهای رمزپایه و زیرساخت های اینترنت استفاده می شود.

رایانه های کوانتومی

در حال حاضر دسته ای از رایانه ها در مراحل ابتدایی توسعه خود هستند که برای حل این گروه از مشکلات پیش پا افتاده است - رایانه های کوانتومی. رایانه های کوانتومی مبتنی بر اصول بنیادی توصیف شده در تئوری مکانیک کوانتوم هستند ، که مربوط به نحوه رفتار ذرات زیر اتمی است.

در رایانه های کلاسیک ، یک بیت برای نشان دادن اطلاعات استفاده می شود و یک بیت می تواند حالت 0 یا 1 داشته باشد. رایانه های کوانتومی با بیت های کوانتومی یا کیوبیت کار می کنند. کیوبیت واحد اصلی اطلاعات در رایانه کوانتومی است. درست مثل یک بیت ، یک کیوبیت می تواند حالت 0 یا 1 داشته باشد. با این وجود ، به لطف خاصیت پدیده های مکانیکی کوانتوم ، وضعیت کیوبیت نیز می تواند همزمان 0 و 1 باشد.

این امر باعث تحریک تحقیق و توسعه در زمینه محاسبات کوانتومی شده است ، هم دانشگاه ها و هم شرکت های خصوصی با صرف وقت و هزینه برای کشف این رشته جدید مهیج تلاش می کنند. مقابله با تئوری انتزاعی و مشکلات مهندسی عملی که این رشته ارائه می دهد ، در لبه موفقیت دستاوردهای فن آوری انسان است.

متأسفانه، یک عارضه جانبی این رایانه های کوانتومی این است که الگوریتم هایی که اساس رمزنگاری نامتقارن را تشکیل می دهند ، برای حل پیش پا افتاده محسوب می شوند و اساساً سیستم های متکی به آنها را می شکند.

 

بیایید مثال شکستن کلید 4 بیتی را دوباره در نظر بگیریم. یک رایانه 4 کیوبیتی از نظر تئوری قادر است هر 16 حالت (ترکیب) را همزمان با یک کار محاسباتی بگیرد. احتمال یافتن کلید صحیح 100٪ در زمانی است که برای انجام این محاسبه لازم است.

رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم

ظهور فناوری محاسبات کوانتومی می تواند رمزنگاری زیربنای بیشتر زیرساخت های دیجیتال مدرن ما ، از جمله ارزهای رمزپایه را تضعیف کند.

این امر می تواند امنیت، عملیات و ارتباطات کل جهان را در معرض خطر قرار دهد، از دولت ها و شرکت های چند ملیتی گرفته تا کاربر خاص. جای تعجب نیست که مقدار قابل توجهی تحقیق در حال تحقیق و توسعه اقدامات متقابل این فناوری است. الگوریتم های رمزنگاری که فرض می شود در برابر تهدید رایانه های کوانتومی ایمن هستند، به عنوان الگوریتم های مقاوم در برابر کوانتوم شناخته می شوند.

در یک سطح اساسی، به نظر می رسد که خطر مرتبط با رایانه های کوانتومی را می توان با رمزنگاری کلید متقارن از طریق افزایش ساده طول کلید کاهش داد. این زمینه رمزنگاری با رمزنگاری کلید نامتقارن به دلیل مسائل ناشی از اشتراک کلید مشترک در یک کانال باز، به حاشیه رانده شد. با این حال، با توسعه محاسبات کوانتومی، ممکن است دوباره به کار رود.

 مشکل اشتراک ایمن یک کلید مشترک در یک کانال باز نیز ممکن است راه حل خود را در رمزنگاری کوانتومی پیدا کند. پیشرفت هایی برای توسعه اقدامات مقابله ای با شنودها صورت گرفته است. شنود در یک کانال مشترک با استفاده از همان اصولی که برای توسعه رایانه های کوانتومی لازم است ، قابل تشخیص است. این امکان را می دهد که بدانید آیا یک کلید متقارن مشترک قبلاً توسط شخص ثالث خوانده شده یا دستکاری شده است.

راههای دیگری برای تحقیق در جهت بررسی حملات احتمالی مبتنی بر کوانتوم وجود دارد. اینها می تواند شامل تکنیکهای اساسی مانند هش کردن برای ایجاد اندازه پیامهای بزرگ یا روشهای دیگر مانند رمزنگاری مبتنی بر شبکه باشد. هدف همه این تحقیقات ایجاد انواع رمزگذاری است که شکستن آن برای کامپیوترهای کوانتومی دشوار است.

رایانه های کوانتومی و استخراج بیت کوین

استخراج بیت کوین از رمزنگاری نیز استفاده می کند. ماینرها در ازای دریافت پاداش بلوک برای حل یک معمای رمزنگاری در حال رقابت هستند. اگر یک ماینر به رایانه کوانتومی دسترسی داشته باشد ، ممکن است بر شبکه تسلط یابد. این می تواند عدم تمرکز شبکه را کاهش دهد و به طور بالقوه آن را در معرض حمله 51٪ قرار دهد.

 با این حال ، به گفته برخی از کارشناسان ، این تهدید فوری نیست. مدارهای مجتمع مخصوص برنامه (ASIC) می توانند از اثر چنین حمله ای - حداقل برای آینده قابل پیش بینی - بکاهند. همچنین ، اگر چندین ماینر به رایانه کوانتومی دسترسی داشته باشند ، خطر چنین حمله ای به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

افکار پایانی

به نظر می رسد توسعه محاسبات کوانتومی و تهدید ناشی از آن برای پیاده سازی های فعلی رمزگذاری نامتقارن فقط یک مسئله زمان باشد. با این حال ، این مسئله نگران کننده فوری نیست - قبل از تحقق کامل آن ، موانع عظیم نظری و مهندسی وجود دارد که باید برطرف شوند.

با توجه به مخاطرات عظیم موجود در امنیت اطلاعات ، منطقی است که شروع به ایجاد مقدماتی در برابر پیکان حمله آینده کنیم. خوشبختانه، تحقیقات زیادی در مورد راه حل های بالقوه انجام شده است که می تواند در سیستم های موجود استفاده شود. از نظر تئوری، این راه حل ها می توانند زیرساخت های مهم ما را در برابر تهدید رایانه های کوانتومی در آینده اثبات کنند.

استانداردهای مقاوم در برابر کوانتوم را می توان به همان شیوه توزیع کرد که رمزگذاری end-to-end از طریق مرورگرهای معروف و برنامه های پیام رسان اجرا شد. پس از نهایی شدن این استانداردها ، اکوسیستم ارز رمزنگاری شده می تواند قوی ترین دفاع ممکن را در برابر این پیکان های حمله با سهولت نسبی ادغام کند.

ارسال نظر

نام شما :
ایمیل :
تلفن تماس :
متن پیغام :
نمایش همه
علاقه مندی ها ()