پیشرفت‌های گوگل در محاسبات کوانتومی تهدید جدیدی برای بیت‌کوین

گوگل اعلام کرد که تراشه کوانتومی ویلو، خطاها را در هنگام آماده‌سازی «حالت‌های جادویی» (magic states) - منبع مورد نیاز برای محاسبات کوانتومی که در نهایت می‌تواند امنیت کیف پول‌های بیت‌کوین را تهدید کند - حدود 40 برابر کاهش داده است.

این آزمایش به دقت حدود 99.99 درصد در میان حالت‌هایی که بازرسی شده‌اند دست یافته است، اگرچه تنها حدود 8 درصد از تلاش‌های آماده‌سازی موفقیت‌آمیز بوده و چالش‌های مقیاس‌پذیری قابل توجهی هنوز باقی مانده است.

این یافته‌ها حمله به بیت‌کوین را 40 برابر ارزان‌تر نمی‌کند، اما روش مهندسی را پیش می‌برد که می‌تواند به کامپیوترهای کوانتومی آینده کمک کند تا حدود 500000 حالت جادویی قابل اعتماد در هر ثانیه را که در یک حمله مدل‌سازی شده مورد نیاز است، حفظ کنند.

گوگل می‌گوید تراشه کوانتومی ویلو، خطاها را در هنگام آماده‌سازی حالت‌های ویژه‌ای که در محاسبات کوانتومی استفاده می‌شوند، حدود 40 برابر کاهش داده است و این گامی مهم در جهت ساخت ماشین‌های قدرتمند برای شکستن کیف پول‌های بیت‌کوین است.

این نتیجه که در مجله Science منتشر شده است، به چیزی می‌پردازد که معمولاً در بحث‌های کوانتومی بیت‌کوین مطرح نمی‌شود - که معمولاً بر این تمرکز دارد که یک مهاجم به چه اندازه ماشین نیاز دارد در حالی که اهمیت میزان از آن ماشین را که برای آماده‌سازی صرف می‌شود، دست کم می‌گیرد.

چرا قدیمی‌ترین سکه‌ها زمان بیشتری به مهاجم می‌دهند

یک کیف پول بیت‌کوین از یک کلید مخفی برای تأیید پرداخت‌ها استفاده می‌کند و یک کلید عمومی متناظر که به شبکه اجازه می‌دهد این تأییدها را بررسی کند. معمولاً هنگام پرداخت، کلید عمومی آشکار می‌شود، در حالی که برخی از انواع پرداخت‌ها از ابتدا آن را آشکار می‌کنند.

بازگرداندن آن از آن به کلید مخفی باید به مقدار غیرعملی از محاسبات نیاز داشته باشد، که عملاً غیرممکن می‌کند که کیف پول‌های رمزنگاری را مهندسی معکوس کرد.

با این حال، یک کامپیوتر کوانتومی بزرگ که الگوریتم شور را اجرا می‌کند، از نظر تئوری می‌تواند این کار را انجام دهد. هر کسی که کلید مخفی را بازیابی کند می‌تواند تراکنش‌ها را به عنوان مالک امضا کند و شبکه آنها را به عنوان معتبر بپذیرد. ریاضیدان پیتر شور برای اولین بار این روش را در سال 1994 منتشر کرد، اما هنوز کسی نتوانسته است آن را نشان دهد.

یک عبارت بازیابی قفل شده در یک کشوی فیزیکی در برابر آن محافظت نمی‌کند، زیرا مهاجم با اطلاعاتی کار می‌کند که در حال حاضر در بلاک‌چین وجود دارد.

برخی از فرمت‌های پرداخت جدیدتر کلید عمومی را تا زمانی که صاحب آن هزینه نکند، پنهان می‌کنند. یک مهاجم که به دنبال یک کلید قبلاً پنهان شده است، باید منتظر شود تا آن آشکار شود و ممکن است نیاز داشته باشد که کلید را به سرعت کافی برای مداخله در پرداخت بازیابی کند.

به همین دلیل است که سکه‌های گم شده مشکل بزرگی ایجاد می‌کنند. بیت‌کوین می‌تواند محافظت‌های قوی‌تری از هزینه ارائه دهد، اما هنوز به کلیدهای موجود برای انتقال دارایی‌های قدیمی به آنها نیاز است. اگر آن کلیدها گم شوند، مالک نمی‌تواند حرکت را انجام دهد. کلید عمومی آشکار در دسترس یک مهاجم آینده باقی می‌ماند.

برخی از قدیمی‌ترین دارایی‌های بیت‌کوین کلیدهای عمومی خود را از زمانی که استخراج شده‌اند، در معرض دید داشته‌اند.

سکه‌های قدیمی نیز با افزایش بحث‌های کوانتومی در حال حرکت هستند. در تاریخ 7 اکتبر، 100.02 بیت‌کوین که از ژوئیه 2010 دست‌نخورده باقی مانده بود، پس از بیش از 16 سال حرکت کرد و ارزشی در حدود 8.5 میلیون دلار داشت. در آگوست، شش کیف پول که از سال 2011 تا 2014 غیرفعال بودند، 553.59 بیت‌کوین دیگر را جابجا کردند که در آن زمان ارزشی در حدود 40 میلیون دلار داشت.

این نقل و انتقالات به تنهایی نشان نمی‌دهند که دارندگان به ترس‌های کوانتومی واکنش نشان می‌دهند، زیرا جابجایی سکه‌ها حتی می‌تواند به معنای تغییر کیف پول‌ها، سازماندهی مجدد دارایی‌ها یا آماده شدن برای فروش باشد.

هزینه آماده‌سازی

کامپیوترهای کوانتومی اطلاعات را در واحدهایی به نام کیوبیت (qubit) ذخیره می‌کنند که بسیار شکننده هستند. گرما، ارتعاش و سیگنال‌های سرگردان می‌توانند آنها را مختل کرده و خطا ایجاد کنند و افزودن کیوبیت‌های بیشتر نیز فرصت‌های بیشتری برای اشتباه ایجاد می‌کند.

مهندسان با این کار با سازماندهی بسیاری از کیوبیت‌های فیزیکی به گروه‌هایی که خطاها را تشخیص داده و اصلاح می‌کنند، مقابله می‌کنند. هر گروه مانند یک واحد قابل اعتمادتر به نام کیوبیت منطقی عمل می‌کند.

سپس آن واحدها به سوخت دیجیتالی برای انجام عملیات‌های خاص نیاز دارند، حالت‌های کوانتومی آماده شده‌ای که محققان آنها را «حالت‌های جادویی» می‌نامند. هر کدام هنگام استفاده مصرف می‌شوند، بنابراین کامپیوتر باید در طول یک محاسبه به تولید آنها ادامه دهد.

بیشتر بخوانید: توضیح ساده‌ای در مورد اینکه محاسبات کوانتومی چیست و چرا برای بیت‌کوین ترسناک است

تصویر یک آشپزخانه رستوران را در نظر بگیرید که در آن هر غذا به یک دسته تازه از سس نیاز دارد که نمی‌تواند دوباره استفاده شود، جایی که برخی از کارکنان باید به تهیه سس در حالی که دیگران غذا می‌پزند اختصاص داده شوند. در یک کامپیوتر کوانتومی، سخت‌افزاری که به تولید حالت‌های جادویی اختصاص داده شده است، سخت‌افزاری است که نمی‌تواند به کارهای دیگر اختصاص داده شود.

روش گوگل که به آن کشت (cultivation) گفته می‌شود، با یک نسخه تقریبی از حالت شروع می‌شود، آن را برای خطاها بررسی می‌کند و تلاش‌های معیوب را دور می‌اندازد. هدف تولید حالت‌های تمیز با استفاده از سخت‌افزار کمتر از روش‌های قدیمی‌تر است.

این شرکت گزارش داد که دقت حدود 99.99 درصد است، معیاری از چقدر حالت‌های نهایی به آنچه محققان هدف قرار داده بودند نزدیک است.

این عدد فقط به حالت‌هایی اعمال می‌شود که بازرسی را پشت سر گذاشته‌اند. ویلو حدود 8 درصد از تلاش‌های خود را پس از بررسی‌ها در طول آماده‌سازی و اندازه‌گیری حفظ کرد. از هر 100 تلاش، حدود 8 به نتیجه رسیدند.

گام‌های بعدی شامل اجرای این فرآیند در مقیاس بسیار بزرگتر و حفظ مفید بودن این حالت‌ها در حین تغذیه به محاسبات طولانی‌تر است. محققان می‌گویند که کار بیشتری در عملیات در زمان واقعی و انتقال حالت‌ها به تنظیمات قوی‌تر اصلاح خطا مورد نیاز است.

چگونه با تحقیقات قبلی مطابقت دارد

در مارس، گوگل تخمین زد که یک کامپیوتر کوانتومی ابررسانا آینده با کمتر از 500000 کیوبیت فیزیکی می‌تواند رمزنگاری کیف پول مورد استفاده توسط بیت‌کوین و اتریوم را تحت یک مجموعه خاص از فرضیات سخت‌افزاری بشکند.

در سپتامبر، CoinDesk گزارش داد که محققان بار محاسباتی یک محاسبه اصلی مورد استفاده در آن حمله را کاهش داده‌اند. این کار یک جزء را پوشش می‌داد و هزینه سخت‌افزار برای اجرای آن را در نظر نمی‌گرفت.

این مطالعات میزان ریاضیات مورد نیاز یک مهاجم را کاهش می‌دهد. کشت، هزینه تأمین ماشین در حین انجام آن ریاضیات را مورد توجه قرار می‌دهد.

این سودها را نمی‌توان به سادگی ضرب کرد. تخمین ماه مارس گوگل قبلاً تولید حالت جادویی کارآمد را در نظر گرفته بود. این آزمایش بخشی از آن رویکرد مهندسی را آزمایش می‌کند، نه اینکه کاهش 40 برابری دیگری در هزینه تخمینی حمله به بیت‌کوین ارائه دهد.

مقاله مارس همچنین نشان می‌دهد که یک حمله چه مقدار سوخت مصرف می‌کند. برای یک حمله مدل‌سازی شده که حدود 9 دقیقه پس از در دسترس قرار گرفتن یک کلید عمومی طول بکشد، گوگل تخمین زد که دستگاه به حدود 500000 حالت جادویی قابل اعتماد در هر ثانیه نیاز دارد.

نویسنده: Shaurya Malwa