معرفی کامپیوتر کوانتومی
کامپیوتر کوانتومی و بلاک چین، بیت کوین و دیگر رمزارزها مفاهیمی نسبتا جدید هستند که با ایده ی خدمت به بشریت به وجود آمده اند. طرح رایانه های کوانتومی در دهه ی 80 و توسط ریچارد فینمن (Richard Feynman) ارائه شد، مدتی است که بحث رایانه های کوانتومی بسیار داغ شده است، و در صورتی که این رایانه ها با رفع ایراداتی که تا امروز داشته اند به صورت مستقیم یا غیرمستقیم وارد زندگی هایمان شوند تحول اساسی را در زندگی هایمان به وجود می آوردند.
سال 1998 اولین کامپیوتر کوانتومی با ظرفیت 2 کیوبیت ساخته شد، پس از 2 سال رایانه های کوانتومی 5 کیوبیتی و 7 کیوبیتی نیز ساخته شدند و اما با پیشرف های صورت گرفته تا سال 2011 شرکت کانادایی Dwave با ساخت رایانه کوانتومی 128 کیوبیتی قدم بزرگی در این راه برداشت.
از آنجایی که رایانه های کوانتومی در حال توسعه هستند، شرکت های مختلف از جمله گوگل، IBM و مایکروسافت روش های ویژه ی خود برای پیاده سازی این رایانه ها را به کار می گیرند.
سال 2019 گوگل مدعی شد که یک رایانه کوانتومی ساخته است که قادر است فعالیتی که ابرکامپیوتر دنیا یعنی سامیت (Summit) به 10 هزار سال برای انجام آن نیاز دارد، را در مدت زمان تنها 3 دقیقه انجام دهد، اما شرکت IBM این ادعای گوگل را مسخره خواند.
بسیاری معتقدند که با داشتن رایانه های کوانتومی، جهان تحولی عظیم، همچون انقلاب صنعتی را تجربه خواهد کرد. اما برای درک بهتر ارتباط میان رایانه کوانتومی و بلاک چین ابتدا تفاوت های میان رایانه های امروزی و رایانه های کوانتومی را بررسی می کنیم.
تفاوت کامپیوترهای دیجیتالی و کوانتومی
برای درک بهتر تفاوت میان کامپیوترهای دیجیتالی و کامپیوترهای کوانتومی بهتر است ابتدا به نحوه ی کارکرد کامپیوترهایی که همه ی ما دائما در حال استفاده از آنها هستیم پی ببریم.
کامپیوترهای رومیزی، لپ تاپ، گوشی های هوشمند همه نوعی کامپیوتر به حساب می آیند، این کامپیوترها اطلاعاتی را از ما دریافت می کنند، و با پردازش اطلاعات دریافتی نتیجه را به ما برمی گردانند.
در رایانه ها کار پردازش اطلاعات به عهده ی پردازشگر یا CPU است، که رایانه این کار را با استفاده از ترانزیستورها انجام می دهد. ترانزیستورها عملکردی شبیه به کلید قطع و وصل برق دارند که یا می تواند روشن باشد و یا خاموش.
اگر بخواهیم این مفهوم را با عملکرد ترانزیستورها شبیه سازی کنیم، خاموش معادل عدد صفر و روشن معادل عدد یک است، این تنها زبانی است که کامپیوتر قادر به درک آن است.
زبان کامپیوتر
هر کدام از صفر و یک ها یک بیت (Bit) به حساب می آید، این صفر و یک ها با ترکیب های متفاوت حروف و اعداد و دیگر نشانه ها را تشکیل می دهند. به عنوان مثال معادل دیجیتالی حرف A و B به این صورت است:
A = 01000001
B = 01000010
هر هشت بیت یک بایت را تشکیل می دهد، درواقع صفر و یک های تشکیل دهنده ی حروف A یا B یک بایت را تشکیل داده اند.
8 بیت = یک بایت
1024 بایت = یک کیلوبایت
1024 کیلوبایت = یک مگابایت
1024 مگابایت = یک گیگابایت ….
حجم اطلاعات را با استفاده از بایت، و سرعت انتقال اطلاعات را با بیت بیان می کنیم.
مدارهایی درون پردازشگر وجود دارند که ترانزیستورها بر روی آن ها قرار گرفته اند که کار آن ها، انجام عملیات محاسباتی و منطقی است. با گذر زمان تعداد ترازیستورها بیشتر شد، به همین دلیل ترازیستورها کوچک تر شدند تا اندازه ای تقریبا معادل یک اتم پیدا کردند.
ساختار کلی کامپبوترهای دیجیتال و کوانتومی
- واحد اطلاعات در رایانه های کوانتومی کیوبیت (Qubit) است، درحالی که این واحد در رایانه های دیجیتالی بیت است. بیت تنها می تواند دو حالت داشته باشد، صفر یا یک، در حالی که کیوبیت می تواند هم زمان صفر، یک یا هر مقداری مابین این اعداد باشد.
- در رایانه های کوانتومی از سیستمی کوانتومی همچون الکترون،فوتون و یا اتم ها و یون ها استفاده می شود در حالی که رایانه ی دیجیتالی از ترانزیستور استفاده می کنند. به زبان ساده می توان گفت که قوانین حاکم بر رایانه های کوانتومی، با قوانین محدودکننده فیزیکی که به راحتی قابل دیدن هستند، تفاوت دارد، این سیستم از قوانین درون اتمی تبعیت می کنند.
- پردازش اطلاعات در کامپیوترهای کوانتومی به صورت موازی انجام می شود، به عبارت دیگر ترتیب انجام عملیات همچون کامپیوترهای دیجیتالی در کامپیوترهای کوانتومی وجود ندارد، و همه ی عملیات می توانند به صورت هم زمان انجام شوند، همین موضوع سرعت پردازش کامپیوترهای کوانتومی را میلیون ها بار سریع تر از کامپیوترهای دیجیتالی می کند.
یکی از معایب کامپیوترهای کوانتومی در صورت پیاده سازی بحران امنیتی است که در سراسر جهان شاهد آن خواهیم بود و سیستم های رمزنگاری از جمله بلاک چین تهدید خواهند شد، تمام رمزعبورهای موجود در شبکه ی اینترنت، به دلیل قدرت پردازش فوق العاده بالای رایانه های کوانتومی ممکن است هک شوند.
البته زمانی که همه بتوانند از این رایانه های کوانتومی استفاده کنند باز هم امنیت برقرار خواهد شد.
نابودی ارزهای دیجیتال با به کارگیری کامپیوترهای دیجیتال
همان طور که می دانید ارزهای دیجیتال بر روی شبکه بلاک چین پیاده سازی شده اند، شبکه بیت کوین برای تامین امنیت شبکه ی بلاک چین خود از یک سیستم رمزنگاری استفاده می کند.
امنیت شبکه توسط نودهای شبکه که درواقع رایانه هایی در سراسر جهان هستند تامین می شود. پس طبیعی است که با روی کار آمدن رایانه های کوانتومی به فکر ارتباط میان رایانه کوانتومی و بلاک چین باشیم.
در حال حاضر انجام عملیات در شبکه و ثبت تراکنش به صورت امن، توسط ابررایانه های دیجیتالی کلاسیک انجام می شود.
رایانه هایی که توسط شرکت های مختلف از جمله گوگل، مایکروسافت و IBM تولید می شوند. همان طور که پیش از این نیز بیان کردیم رایانه های دیجیتال در هر لحظه فقط قادر به انجام یک کار هستند و پس از اتمام عملیات یک می توانند اقدام به عملیات دو، سه و الی آخر کنند، چیزی که در رایانه کوانتومی به کلی تغییر کرده است.
یک کامپیوترکوانتومی در آن واحد قادر به پردازش و انجام هزاران کار است. این توانایی فوق العاده بالا در پردازش داده ها اگرچه برای این رایانه ها یک نقطه قوت به حساب می آید، نفوذ به اطلاعات ذخیره شده در این رایانه ها را بسیار ساده می کند، به همین دلیل ساخت بلاک چین در کامپیوتر کوانتومی برای حفاظت از داده های رمزنگاری شده بسیار پررنگ است.
دانشمندان فعال در زمینه ی امنیت و رمزنگاری در تلاش هستند که سیستمی برای محافظت از داده های کاربرانی که قرار است در آینده از رایانه کوانتومی استفاده کنند، ابداع کنند.
همچنین شکستن توابع استاندارد رمزنگاری در شبکه بلاک چین به وسیله ی رایانه های دیجیتالی کلاسیک به منابع کامپیوتری فوق العاده زیادی نیاز دارد. اما رایانه های کوانتوم با قدرت پردازش فوق العاده ای که دارند می توانند همه چیز را تغییر دهند، یک رایانه کوانتومی به تنهایی و در مدت زمانی کوتاه قادر به شکستن توابع استاندارد رمزنگاری شبکه بلاک چین است.
امنیت بلاک چین
این موضوع شبکه بلاک چینی که در حال حاضر مورد استفاده قرار گرفته است را با تهدید بزرگی روبه رو می کند، و امنیت شبکه بلاک چین که یکی از شناخته شده ترین ویژگی های شبکه بلاک چین است و طرفداران زیادی را به سمت خود جذب کرده است، فروپاشیده و از بین می رود.
با اینکه کامپیوتر کوانتومی در حال حاضر تهدیدی برای بیت کوین به حساب نمی آیند، ممکن است در آینده رمزارزها و بیت کوین در صدر آنها، به یک ورژن جدید نیاز داشته باشند.
عملکرد هش و همچنین الگوریتم ECDSA به منظور ایجاد امضا الکترونیکی، دو طرح برای ایمن سازی بیت کوین در برابر انواع خطرها هستند، بیت کوین برای ماندگاری در آینده باید فکری به حال این تهدید کند، زیرا هر دو روش به کار گرفته شده در حال حاضر قدرتی در برابر قدرت پردازش کامپیوتر کوانتومی نخواهند داشت.
با توجه به موارد گفته شده می توان گفت برای در امان بودن بیت کوین و دیگررمزارزها از خطر احتمالی، کامپیوتر کوانتومی و بلاک چین باید به موازات هم پیشرفت کنند.
البته ناگفته نماند که پروتکل رمزنگاری رمزارز بیت کوین در برابر رایانه کوانتومی تا حدودی مقاوم است، بنا بر آنچه وبسایت bitcoinnotbombs.com منتشر کرده است، پروتکل SHA-256 به احتمال بسیار بالا توانایی مقاومت در برابر حملات از سمت رایانه های کوانتومی را داشته باشد.
در این مقاله آمده است که حتی کلید عمومی شما در ابتدا عمومی نمی شود، و زمان ارسال آدرس بیت کوین خود به دیگر افراد، یک هش از کلید عمومی شما و نه خود کلید عمومی به گیرنده ارسال می شود. تابع هش یک تابع رمزنگاری یک طرفه است به این معنی که نمی توان با استفاده از خروجی به ورودی رسید، این تابع ورودی را دریافت می کند و خروجی هش شده را تحویل می دهد،. برای فهم این موضوع یک معادله ریاضی را در نظر بگیرید.
20 = 10 + 10 است، این یک معادله درست است ولی در صورتی که شما بدانید جواب معادله جمع دو عدد 20 است نمی توانید مطمئن باشید که اعداد 10 هستند. با جمع 1 و 19، 2 و 18 و بسیاری از ارقام دیگر نیز می توان به عدد 20 رسید.
اگر در بازار رمزارزها فعال هستید یا قصد شروع فعالیت در این بازار را دارید، بهتر است با به روز نگه داشتن اطلاعات خود در این زمینه و شرکت در کلاس آموزش ارز دیجیتال بهترین تصمیمات را در بهترین زمان ها بگیرید.
ساخت بلاک چین بر پایه کوانتوم
تا اینجا متوجه شدیم که اگر قرار باشد شبکه بلاک چین به همین صورت و با همین میزان امنیت به کار خود ادامه دهد، با روی کار آمدن کامپیوتر کوانتومی، شبکه بلاک چین عملا ارزش خود را از دست می دهد. آیا امکان درهم آمیختن کامپبوتر کوانتومی و بلاک چین وجود دارد؟
بسیاری از افراد بلاک چین را به عنوان شبکه ای که داده ها و تراکنش های بیت کوین را به صورت امن ذخیره می کند، می شناسند. اما آیا بلاک چین محدود به بیت کوین و دیگر رمزارزهاست؟
قطعا خیر، قراردادهای هوشمند، پیشرفت برنامه های کامپیوتری دو نمونه از میان صدها موردی هستند که می توان اطلاعات مربوط به آن ها را بر روی شبکه بلاک چین ثبت کرد.
پس رمزنگاری های صورت گرفته به وسیله ی رایانه های کلاسیک در برابر رایانه های کوانتومی هیچ شانسی ندارند.
برای اینکه شبکه بلاک چین بتواند بر این مشکل فائق آید نیاز دارد تا حداقل قدرت خود را به اندازه ی رایانه های کوانتومی افزایش دهد، راه حل این است که از کدهای رمزنگاری کوانتومی استفاده شود، در این صورت رایانه های کوانتومی نیز قادر به شکستن کدهای رمزنگاری شبکه نخواهند بود.
راه حل دیگری که می تواند بر روی شبکه ی بلاک چین پیاده شود، این است که شبکه بلاک چین مجددا و بر اساس رایانه های کوانتومی ایجاد شود. این روش بنیادین توسط دل راجان (Del Rajan) و مت وایزر (Matt Visser) از دانشگاه ولینگتون نیوزلند پیشنهاد شد.
ساختار بلاک چین
بلاک چین کوانتومی از ذرات کوانتومی ایجاد می شود، و هر ذره در شبکه سابقه ی ذرات پیشین را در خود حفظ می کند، هک کردن و ایجاد تغییر در این ذرات غیرممکن است، و به این صورت امنیت شبکه بر مبنای قوانین فیزیک کوانتوم استوار است.
و اما ادعای دانشمندان روسی مبنی بر ساخت بلاک چینی که می تواند از داده های رمزنگاری شده مثل ارزهای دیجیتال در رایانه های کوانتومی در برابر حملات احتمالی محافظت کند ارزش توجه دارد. بنا بر ادعای این تیم روسی، نفوذ به اطلاعات درون رایانه های کوانتومی با وجود این بلاک چین اصلا کار ساده ای نخواهد بود.
دانشمندان روسی این تیم برای اثبات ادعای خود، راه حل ابداع شده شان را بر روی داده های یکی از بزرگ ترین بانک های روسیه به نام گازپروم پیاده کردند، و خوشبختانه می توان ادعای این دانشمندان روسی را پذیرفت و از این روش کارآمد برای محافظت از اطلاعات رمزنگاری شده و همچنین ذخیره ی آنها بهره مند شد.
الکساندر لوفسکی که یکی از افراد تیم می باشد در رابطه با روش امنیت ابداع شده گفت، رمزگذاری کوانتومی در این روش جایگزین امضای دیجیتال می شود.
نقاط ضعف کامپیوترهای کوانتومی موجود
- رایانه های کوانتومی به دلیل ساختار خاصشان باید در دمای بسیار پایین یعنی صفر مطلق یا دمای 273- درجه سلسیوس نگه داری شوند، یعنی پایین ترین دمای ممکن در جهان.
حفظ این دما به هیچ وجه کار راحتی نیست، به همین دلیل استفاده از رایانه های کوانتومی به شکل گسترده فعلا امکان پذیر نیست.
- درصد خطای بالا در رایانه های کوانتومی یکی دیگر از ضعف های این رایانه ها است که باید حل شود. هرچه تعداد کیوبیت در این رایانه ها بیشتر شود درصد خطای آنها نیز افزایش پیدا می کند.
- بحران امنیتی در صورت پیاده سازی موفقیت آمیز رایانه های کوانتومی کل جهان را تهدید می کند. و همه ی رمزعبورهای موجود در سطح اینترنت بی اعتبار می شوند، زیرا امکان هک شدن آنها زیاد است.
سخن آخر
با توجه به مطالبی که تا اینجا گفته شد متوجه شدید که کامپیوترهای کوانتومی قدرت پردازش فوق العاده بالایی دارند، و همین خصوصیت این رایانه ها را جذاب و در عین حال خطرناک می کند.
به همین دلیل پیشنهاد شده است که ابتدا این رایانه کوانتومی فقط در اختیار کشورهایی که رفتار دوستانه دارند قرار گیرد. برخی متخصصین رایانه کوانتومی و بلاک چین را در مقابل هم قرار می دهند، چرا که رایانه های کوانتومی رمزنگاری های موجود را به راحتی می شکنند.