توکن مقاوم در برابر کوانتوم چیست و چرا اهمیت دارد؟

تهدید رایانه‌های کوانتومی یک از چالش‌های جدی دنیای کریپتو به‌شمار می‌آید؛ چراکه با قدرت محاسباتی خارق‌العاده‌شان می‌توانند امنیت سیستم‌های رمزنگاری فعلی را به‌خطر بیندازند. اما ظاهرا عرصه رقابت تنگاتنگ است و دنیای کریپتو پیش از مواجهه با این تهدید به استقبال توکن‌های مقاوم در برابر کوانتوم (Quantum-Resistant Tokens) رفته است. این توکن‌ها، نسل جدیدی از ارزهای دیجیتال‌ هستند که با تکیه بر روش‌های رمزنگاری پیشرفته، می‌توانند در برابر حملات کوانتومی در امان بمانند. اگر می‌خواهید بدانید چرا تهدید رایانه‌های کوانتومی برای ارزهای دیجیتال اهمیت دارد، توکن‌ مقاوم در برابر کوانتوم چیست و چطور این چالش را حل می‌کنند، با این مطلب از میهن بلاکچین همراه باشید.

چرا رایانه‌های کوانتومی تهدیدی برای ارزهای دیجیتال هستند؟

اکثر ارزهای دیجیتال سنتی مانند بیت کوین و اتریوم، امنیت خود را بر پایه یک نوع رمزنگاری به‌نام «رمزنگاری کلید عمومی» بنا کرده‌اند. در این سیستم، دو کلید وجود دارد: یکی «کلید عمومی» که در دسترس همه است و دیگری «کلید خصوصی» که فقط در اختیار مالک است و برای امضای تراکنش‌ها استفاده می‌شود. امنیت این سیستم بر اساس مسائل ریاضی بسیار پیچیده‌ای طراحی شده است که حل آن‌ها برای رایانه‌های امروزی عملا غیرممکن است. برای مثال:

• در رمزنگاری ریوست-شمیر- ادلمن (RSA) از حاصل ضرب دو عدد اول، عدد بسیار بزرگ N حاصل می‌شود. فردی که بتواند این دو عدد اول را پیدا کند، در واقع توانسته از داده رمزگشایی کند. به‌عبارت دیگر، امنیت در رمزنگاری RSA به دشواری تجزیه اعداد بزرگ به عوامل اول آن‌ها بستگی دارد. به‌طور مثال، شکستن یک کلید ۲٬۰۴۸ بیتی با رایانه‌های کلاسیک ممکن است هزاران سال طول بکشد.
• در رمزنگاری منحنی بیضوی (ECC) نیز امنیت به سختی حل یک مسئله ریاضی به نام «لگاریتم گسسته» بستگی دارد.

باتوجه به اینکه حل این مسائل برای رایانه‌های عادی به زمان بسیار زیادی نیاز دارد و عملا غیرممکن است، سیستم رمزنگاری ارزهای دیجیتال در برابر رایانه‌های فعلی امن است.

اما رایانه‌های کوانتومی داستان دیگری دارند. برخلاف رایانه‌های کلاسیک که اطلاعات را به صورت صفر و یک (باینری) پردازش می‌کنند، رایانه‌های کوانتومی از کیوبیت‌ها (Qubits) بهره می‌گیرند. کیوبیت‌ها به لطف ویژگی‌های برهم‌نهی (Euperposition) و درهم‌تنیدگی (Entanglement) کوانتومی، می‌توانند همزمان در چندین حالت وجود داشته باشند. الگوریتمی به نام شور (Shor) با استفاده از این دو ویژگی، محاسبات موازی و تبادل اطلاعات بین کیو‌بیت‌ها را امکان‌پذیر می‌کند و درنهایت، موفق به شکستن رمزنگاری‌های سنتی در عرض چند ساعت می‌شود.

تحقیقات موسسه ریسک جهانی (GRI) نشان می‌دهد رایانه‌های کوانتومی که قادر به شکستن روش‌های رمزنگاری فعلی باشند، ممکن است ظرف ۱۰ تا ۲۰ سال آینده ساخته شوند. یکی از نمونه‌های پیشرفت در این زمینه، پردازنده‌ای به نام ویلو “Willow” از شرکت گوگل است که اخیرا به رکورد ۱۰۵ کیوبیت رسیده است. اگرچه این پردازنده هنوز توانایی شکستن سیستم‌های رمزنگاری فعلی را ندارد، اما سرعت پیشرفت در این فناوری حاکی از آن است که زمان زیادی تا رسیدن به چنین قدرتی باقی نمانده است و دنیای کریپتو باید آماده مقابله با تهدید محاسبات کوانتومی باشد.

توکن مقاوم در برابر کوانتوم چیست؟

توکن‌های مقاوم در برابر کوانتوم نسل جدیدی از رمزارزها هستند که با استفاده از الگوریتم‌های رمزنگاری پیشرفته‌ برای مقابله با توان محاسباتی رایانه‌های کوانتومی طراحی شده‌اند. اهمیت این توکن‌ها در بهره‌گیری از الگوریتم‌های رمزنگاری پساکوانتومی نهفته است؛ الگوریتم‌هایی که می‌توانند در برابر حملات محاسباتی هر دو گروه از رایانه‌های کلاسیک و کوانتومی مقاومت کنند. در ادامه، برخی از روش‌های کلیدی مورد استفاده در این الگوریتم‌ها معرفی می‌شوند:

۱. رمزنگاری مبتنی بر شبکه (Lattice-based cryptography)

رمزنگاری مبتنی بر شبکه را می‌توانید یک شبکه سه‌بعدی عظیم از میلیاردها نقطه کوچک تصور کنید. چالش پیداکردن کوتاه‌ترین مسیر بین دو نقطه در این شبکه به‌قدری پیچیده است که حتی رایانه‌های کوانتومی هم برای حل آن به مشکل می‌خورند. این ایده، اساس رمزنگاری مبتنی بر شبکه است.

الگوریتم‌هایی مانند CRYSTALS-Kyber و CRYSTALS-Dilithium مانند قفل‌های بسیار قدرتمندی عمل می‌کنند که هم سریع هستند و هم فضای کمی اشغال می‌کنند. به همین دلیل، برای شبکه‌های بلاکچین ایده‌آل به‌شمار می‌آیند.

۲. رمزنگاری مبتنی بر هش (Hash-based cryptography)

رمزنگاری مبتنی بر هش مانند ایجاد یک اثر انگشت منحصربه‌فرد برای هر تراکنش عمل می‌کند. هش، رشته‌ای از اعداد و حروف است که از داده‌ها تولید می‌شود و نمی‌توان آن را به داده‌های اصلی برگرداند.

۳. رمزنگاری مبتنی بر کد (Code-based cryptography)

این روش شبیه پنهان کردن یک پیام در سیگنال رادیویی پر از نویز است. فقط کسی که کلید خصوصی را دارد، می‌تواند «فرکانس درست» را بیابد و پیام را رمزگشایی کند. سیستم رمزنگاری McEliece بیش از ۴۰ سال است که این کار را با موفقیت انجام می‌دهد و یکی از مطمئن‌ترین روش‌ها برای رمزنگاری ایمیل‌ها به شمار می‌‌آید. تنها ایراد رمزنگاری مبتنی بر کد این است که سیگنال رادیویی (یا اندازه کلید) بسیار بزرگ‌تر از سایر روش‌ها است و ذخیره و اشتراک‌گذاری آن را سخت‌تر می‌کند.

۴. رمزنگاری چندجمله‌ای چندمتغیره (Multivariate polynomial cryptography)

این روش شبیه حل کردن یک سری معادلات پیچیده و غیرخطی با چندین متغیر است. از آنجایی که حتی رایانه‌های کوانتومی هم در مواجهه با چنین معماهایی به مشکل برمی‌خورند، این روش برای رمزنگاری بسیار عالی است.

نمونه‌هایی از توکن‌های مقاوم در برابر کوانتوم

درحال‌ حاضر، برخی از پروژه‌های بلاکچینی از تکنیک‌های رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم برای افزایش امنیت شبکه‌های خود استفاده می‌کنند. چند نمونه از این پروژه‌ها عبارتند از:

۱. کوانتوم رزیستنت لجر (Quantum Resistant Ledger)

پروژه کوانتوم رزیستنت لجر (QRL) برای تامین امنیت تراکنش‌ها از الگوریتم XMSS استفاده می‌کند. در این روش، امضاهای دیجیتال که بر پایه توابع هش امن ایجاد می‌شوند مانند یک مهر کاملا امن، صحت و تغییرناپذیری تراکنش را تضمین می‌کنند. برخلاف روش‌های رمزنگاری سنتی که احتمال شکسته شدن آن‌ها در آینده توسط رایانه‌های کوانتومی وجود دارد، این روش حتی در برابر فناوری‌های کوانتومی آینده نیز ایمن است.

۲. بلاکچین QANplatform

شبکه لایه یک QANplatform برای حفظ امنیت در برابر محاسبات کوانتومی در برنامه‌های غیرمتمرکز (DApps) و قراردادهای هوشمند خود از رمزنگاری مبتنی بر شبکه استفاده می‌کند. این پلتفرم برای تسهیل ساخت راه‌حل‌های ایمن‌تر، روی دسترسی آسان توسعه‌دهندگان تأکید دارد.

۳. آیوتا (IOTA)

آیوتا برای تامین امنیت شبکه مبتنی بر تنگل (Tangle) خود از یک روش رمزنگاری پساکوانتومی به‌نام طرح امضای یکبار مصرف وینترنیتز (WOTS) استفاده می‌کند. این رویکرد، آمادگی آیوتا را برای مقابله با آینده کوانتومی افزایش می‌دهد و یکپارچگی و امنیت تراکنش‌ها را در اکوسیستم آن تضمین می‌کند.

اهمیت توکن‌های مقاوم در برابر کوانتوم

با توجه به پیشرفت محاسبات کوانتومی و ظهور رایانه‌های کوانتومی قدرتمند در آینده‌ای نه‌چندان دور، توسعه توکن‌های مقاوم در برابر کوانتوم به دلایل زیر حیاتی هستند:

• حفظ امنیت دارایی‌های دیجیتال

توکن‌های مقاوم در برابر کوانتوم نقش مهمی در برابر آسیب‌پذیری‌های مرتبط با رایانه‌های کوانتومی دارند. اگر روزی رایانه‌های کوانتومی بتوانند کلیدهای خصوصی را افشا کنند، این اتفاق منجر به دسترسی غیرمجاز به کیف پول‌های ارزهای دیجیتال و سرقت گسترده دارایی‌ها می‌شود. توکن‌های مقاوم در برابر کوانتوم با استفاده از تکنیک‌هایی مانند رمزنگاری مبتنی بر شبکه یا امضاهای دیجیتال مبتنی بر هش می‌توانند امنیت کلیدهای خصوصی را تضمین می‌کنند.

• حفظ یکپارچگی بلاکچین

امنیت شبکه‌های بلاکچین به مقاومت آن‌ها در برابر دستکاری بستگی دارد. در سیستم‌های غیرمتمرکز بلاکچینی برای اطمینان از شفافیت و قابلیت اطمینان تراکنش‌ها، داده‌‌ها باید تغییرناپذیر باقی بمانند. اما، رایانه‌های کوانتومی می‌توانند با جعل یا تغییر سوابق تراکنش‌ها، تغییرناپذیری بلاکچین را به خطر بیندازند. این اتفاق، باعث می‌شود اعتماد به شبکه‌های بلاکچینی از دست برود.

توکن‌های مقاوم در برابر کوانتوم با استفاده از رمزنگاری پساکوانتومی، امنیت سوابق تراکنش‌ها را افزایش می‌دهند و تضمین می‌کنند که حتی حملات محاسباتی پیشرفته هم نمی‌توانند دفتر کل را تغییر دهند. این امنیت به‌طور‌خاص در صنایعی مانند مدیریت زنجیره تامین، جایی که اصالت داده‌ها باید تضمین شود، بسیار ضروری است.

• محافظت از آینده اکوسیستم

یکی دیگر از مزایای مهم توکن‌های مقاوم در برابر کوانتوم، محافظت از آینده اکوسیستم بلاکچین است. با قوی‌تر شدن محاسبات کوانتومی، سیستم‌های رمزنگاری سنتی باید با روش‌های کوانتومی ایمن، جایگزین یا تقویت شوند. توسعه‌دهندگان بلاکچین می‌توانند از همین حالا با پذیرش روش‌های رمزنگاری پساکوانتومی، شبکه‌های خود را در برابر تهدیدات آینده ایمن کنند.

• حمایت از تطابق با قوانین و مقررات

با افزایش پذیرش دارایی‌های دیجیتال، دولت‌ها و نهادهای نظارتی تاکید بیشتری بر اتخاذ تدابیر قوی امنیت سایبری دارند. توکن‌های مقاوم در برابر کوانتوم نقش مهمی در حمایت از این قوانین ایفا می‌کنند.

چالش‌های توکن‌های مقاوم در برابر کوانتوم

با وجود مزایای توکن‌های مقاوم در برابر کوانتوم، پذیرش آن‌ها با چالش‌های متعددی همراه است که باید مورد توجه قرار بگیرند:

• یکی از مشکلات اصلی توکن‌های مقاوم در برابر کوانتوم، نیاز به توان محاسباتی بیشتر برای استفاده از الگوریتم‌های رمزنگاری پساکوانتومی مانند روش‌های مبتنی بر شبکه یا کد است. نیاز به قدرت محاسباتی بیشتر ممکن است منجر به کاهش سرعت تراکنش‌ها، محدودشدن مقیاس‌پذیری و افزایش مصرف انرژی شود.
• چالش دیگر، حجم بالای کلیدها و امضاها در الگوریتم‌های پساکوانتومی است. ازآنجایی‌که اندازه این کلیدها گاهی به چندین کیلوبایت می‌رسند؛ علاوه‌بر ناسازگاری با سیستم‌های موجود، مشکلاتی را نیز در زمینه ذخیره‌سازی و سرعت انتقال ایجاد می‌کنند.
• هنوز هیچ استاندارد جهانی برای الگوریتم‌های مقاوم در برابر کوانتوم تعریف نشده‌ است. اگرچه سازمان‌هایی مانند موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) در حال کار روی این موضوع هستند؛ اما تا زمانی که استانداردهای مشخصی تصویب نشوند، خطر تکه‌تکه شدن (Fragmentation) شبکه‌ها وجود دارد. به بیان ساده‌تر، انتخاب راه‌حل‌های‌ متفاوت توسط شبکه‌ها منجر به ناسازگاری بین آن‌ها می‌شود.
• درنهایت، زیرساخت‌های فعلی بلاکچین برای رمزنگاری سنتی طراحی شده‌اند و ادغام روش‌های ایمن در برابر کوانتوم چندان آسان نیست. ارتقای پروتکل‌ها به رمزنگاری پساکوانتومی اغلب مستلزم تغییرات اساسی و پرهزینه مانند هارد فورک‌ است که ممکن است باعث اختلال در شبکه و ایجاد شکاف در میان جوامع کاربری شود.

آینده رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم

موضوع «آینده رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم» به حفظ امنیت اطلاعات دیجیتال کاربران در مواجهه با ظهور رایانه‌های کوانتومی قدرتمند مربوط می‌شود. برای نیل به این هدف، اقدامات مختلفی در حال انجام است. به‌طور مثال، موسسه ملی استاندارد و فناوری که در این زمینه پیشگام است، تلاش می‌کند با استانداردسازی الگوریتم‌های رمزنگاری جدیدی مانند CRYSTALS-Kyber و CRYSTALS-Dilithium، آن‌ها را برای استفاده گسترده در نرم‌افزارها، سخت‌افزارها و پروتکل‌ها آماده کند. با این حال، چالش‌هایی همچون مدیریت قوی کلیدهای، استفاده از روش‌های ترکیبی کلاسیک-پساکوانتومی در دوران گذار و ایجاد انعطاف‌پذیری برای به‌روزرسانی الگوریتم‌های آینده همچنان وجود دارند.

به‌هرحال، نمونه‌های عملیاتی بلاکچین‌ها مانند راهکار Winternitz Vault شبکه سولانا که از امضاهای مبتنی بر هش استفاده می‌کند، نشان‌دهنده گام‌های جدی برای مقابله با تهدیدهای کوانتومی در عصر پساکوانتوم است.

جمع‌بندی

با پیشرفت فناوری کوانتومی، ممکن است روش‌های رمزنگاری فعلی آسیب‌پذیر شوند و امنیت و یکپارچگی بلاکچین به خطر بیفتد. توکن‌های مقاوم در برابر کوانتوم نسل جدیدی از ارزهای دیجیتال هستند که با استفاده از الگوریتم‌های رمزنگاری پیشرفته طراحی شده‌اند تا بتوانند در برابر قدرت محاسباتی کامپیوترهای کوانتومی در امان بمانند. شبکه آیوتا، QANplatform و کوانتوم رزیستنت لجر نمونه‌هایی هستند که برای امنیت شبکه خود از روش‌های رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم استفاده می‌کنند. به‌طورکلی، برای ایمن‌سازی در برابر تهدیدهای کوانتومی، باید به سه موضوع کلیدی توجه شود؛ نخست اینکه باید مراقب «برداشت اکنون، رمزگشایی بعدا» باشیم. در این روش، هکرها داده‌های رمزنگاری‌شده را امروز جمع‌آوری می‌کنند و منتظر می‌مانند تا پس از ظهور رایانه‌های کوانتومی قدرتمند، آن‌ها را در آینده رمزگشایی کنند. نکته دوم، لزوم پیاده‌سازی رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم در نرم‌افزارها و سخت‌افزارها برای افزایش امنیت برنامه‌ها و دستگاه‌ها است. آخرین نکته، آگاهی‌رسانی عمومی برای تشویق افراد و سازمان‌ها به استفاده از روش‌های جدید است. به‌نظر شما چند دهه با عملی‌شدن تهدید محاسبات کوانتومی برای ارزهای دیجیتال فاصله داریم؟ شما چه راهکارهای دیگری را برای آمادگی در عصر پساکوانتوم پیشنهاد می‌دهید؟