هکرهای کوانتومی می توانند بیت کوین را در چند دقیقه بشکنند، اما هنوز وحشت نکنید

در طول دهه گذشته، برنامه‌نویسی محاسباتی به‌طور پیوسته تکامل یافته و به حوزه کوانتومی رسیده است، و دستگاه‌های خم‌کننده‌ای را تولید می‌کند که سطوح غیرقابل تصوری از قدرت را نوید می‌دهند. به عنوان مثال، در سال 2020، دانشمندان چینی از یک رایانه کوانتومی برای اجرای یک مسئله ریاضی استفاده کردند که حل آن برای یک ابر رایانه معمولی 2.5 میلیارد سال طول می کشید. ماشین کوانتومی آن را در 200 ثانیه حل کرد.

دریافت خبرنامه CNET Science
با خبرنامه CNET Science بزرگترین اسرار سیاره ما و فراتر از آن را باز کنید. دوشنبه ها تحویل می شود.

اما این هیاهو بسیار فراتر از محاسبات ابرقهرمانی است. محاسبات کوانتومی پتانسیل تغییر نحوه تعامل ما با طبیعت را دارد. این می تواند با بررسی سریع در ساختارهای مولکولی ، کشف دارو را به سرعت ردیابی کند، شاهکاری که IBM با کلینیک کلیولند برای اکتشاف همکاری کرده است. این می تواند امنیت اینترنت را به سمت غیرقابل هک شدن افزایش دهد و توجه وزارت انرژی ایالات متحده را به خود جلب کند. حتی شرکت‌های تولیدی، مانند غول خودروسازی BMW، وارد بازی کوانتومی شده‌اند، زیرا می‌تواند علم مواد را کامل کند و چارچوب هوش مصنوعی را بازنویسی کند. ما می‌توانیم در آستانه یک انقلاب کوانتومی باشیم که در آن دانشمندان می‌توانند دارو را با سرعتی بی‌سابقه تولید کنند، آب‌وهوا را با اطمینان باورنکردنی پیش‌بینی کنند و زوایای جدیدی از فیزیک را کشف کنند.

با این حال، یک مشکل وجود دارد. نمونه اولیه کامپیوترهای کوانتومی هنوز در مقیاس های نسبتا کوچک کار می کنند. کیوبیت ها، واحدهای اساسی در نسخه کوانتومی زبان کامپیوتر، نیروی محرکه قدرت یک کامپیوتر کوانتومی هستند. بیشتر پردازنده‌های کوانتومی کنونی چند ده کیوبیت دارند و بزرگترین پردازنده که توسط IBM ساخته شده است، در حال حاضر ۱۲۷ کیوبیت است. این اعداد تقریباً برای پیشرفت های کوانتومی کافی نیستند. اما چه خواهد بود؟ مارک وبر، معمار کوانتومی در استارتاپ انگلیسی یونیورسال کوانتوم، و تیمش، در تلاشی برای قضاوت در مورد اینکه ما در حال حاضر چقدر از خط زمانی کوانتومی فاصله داریم، مقدار کیوبیت‌هایی را محاسبه کردند که از نظر تئوری برای هک کردن سیستم امنیتی قدرتمند استفاده شده توسط نیاز است. بیت کوین ، ارز دیجیتال غیرمتمرکز که یک سرمایه گذاری بی ثبات بوده است، توجه ایلان ماسک را به خود جلب کرد و به نماد یک انقلاب در حال ظهور در امور مالی تبدیل شد. جواب کوتاه؟ چندین میلیون بیشتر از پردازنده 127 کیوبیتی IBM که راه را روشن می کند. ضعف کوانتومی بیت‌کوین
سیستم امنیتی بیت‌کوین در برابر رایانه‌های کلاسیک فوق‌ایمن تلقی می‌شود، به همین دلیل است که روش فوق‌العاده‌ای برای سنجش قدرت محاسباتی کوانتومی ارائه می‌دهد. این بسیار پیچیده است، اما در اینجا چیزی است که برای اهداف ما باید بدانید. هر بار که معامله ای انجام می شود، دو اتفاق مهم رخ می دهد. یک کلید عمومی، در دسترس همه، و یک کلید خصوصی امن، که فقط برای مصرف کننده قابل مشاهده است، ایجاد می شود. سپس این ترکیب کلیدی به صورت دیجیتالی بر روی یک دفتر کل تراکنش‌های پولی درون سیستم، به نام بلاک چین، نوشته می‌شود.
جیمز مارتین/CNET
پس از آن، تراکنش به نوعی "قفل" می شود، در نتیجه از انجام هر کاری با وجوه مرتبط جلوگیری می شود. اما یک جنبه کور وجود دارد: وبر می گوید: «وقتی شخصی تراکنشی را با بیت کوین انجام می دهد، به دنیا اعلام می شود، اما تا زمانی که در بلاک چین ادغام نشود، کاملاً ایمن نیست.

به عبارت دیگر، بین اعلام عمومی تراکنش و ادغام، یک پنجره آسیب پذیری وجود دارد. در آن پنجره، وجوه از نظر فنی قابل دستکاری هستند. از نظر فنی می گویم زیرا این به الگوریتم هایی بسیار پیچیده نیاز دارد، حتی قوی ترین ابررایانه ها نیز قدرت محاسباتی کافی برای اجرای آنها را ندارند — و شما می توانید تلاش دستی انسان ها را فراموش کنید. کامپیوترهای کوانتومی در نهایت ممکن است. وبر گفت: «اگر یک رایانه کوانتومی داشتید و می‌توانست به اندازه کافی سریع کار کند، می‌توانید از نظر تئوری آن را برای تراکنش‌های معمولی اعمال کنید تا مثلاً [them] را به آدرس دیگری تغییر دهید.» اگرچه فاصله کلی پنجره از 10 دقیقه تا یک روز متغیر است، اما وبر می‌گوید محدود بودن آن باعث می‌شود که آزمونی بسیار خوب برای "ما زمان اجرای دلخواه داریم، به چند کیوبیت نیاز داریم؟" اما قبل از اینکه جلوتر برویم، بیایید بحث کنیم که این همه قدرت کیوبیت از کجا سرچشمه می گیرد. این به لطف دو ویژگی کوانتومی خیره کننده است که باور نمی کنید علمی تخیلی نیستند: برهم نهی و درهم تنیدگی. سفر سریع به سرزمین کیوبیت فرض کنید سکه‌ای را روی میز می‌چرخانم و می‌پرسم: "سر است یا دم؟" احتمالاً می گویید "چی؟" چون سوال من زیاد منطقی نیست قبل از اینکه سکه روی یک طرف قرار گیرد، اساساً به عنوان هر دو گزینه به طور همزمان وجود دارد. این سکه گیج کننده را در یک "ابرجا" در نظر بگیرید. اگر برهم نهی آن را برای بررسی سرنوشت آن قطع کنید – یعنی کاری کنید که سکه از چرخیدن باز بماند – نمی توانید وضعیت دقیق برزخ را بازگردانید. وقتی برهم نهی را بشکنید، برای همیشه خراب می شود. حال بیایید مورد را طوری تغییر دهیم که دو سکه در کنار هم بچرخند. این بار یک شرط دارم: اگر سکه A روی سر بیفتد، سکه B نیز همینطور خواهد بود. این سکه ها اکنون به اصطلاح به یکدیگر وابسته هستند. برهم نهی هر سکه در سکه دیگر "درهم" است. تنظیمات برهم نهی سکه A فوراً روی سکه B تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، حتی اگر فقط سکه A از چرخش خود باز بماند، در مورد سکه B اطلاعات کسب می کنید – بنابراین برهم نهی آن را نیز می شکنید. حتی اگر سکه‌ها در دو طرف جهان باشند، این درست است.

Mark Garlick/Getty Images
خوب، احتمالاً دارید فکر می کنید: این قیاس ها به نوعی به ذهن ناظر بستگی دارد. حق با شماست. اما این به این دلیل است که ما در مورد سکه صحبت می کنیم. با ذرات کوانتومی مانند الکترون ها و فوتون ها، این چیزها واقعاً به صورت فیزیکی اتفاق می افتد. با بازگشت به آیه محاسبات کوانتومی، برهم نهی وضعیت بیت را تعیین می کند. بیت‌های کلاسیک به صورت 0 یا 1 وجود دارند، اما کیوبیت‌های ساخته شده از ذرات کوانتومی، می‌توانند در برهم نهی – 0 و 1 همزمان باشند. مهمتر از همه، آنها در حالی که هنوز در آن حالت هستند، داده ها را بازیابی می کنند. همانطور که می توانید تصور کنید، کیوبیت ها از طریق محاسبات با سرعت غیرقابل حدس زدن، چندین تکرار را به طور همزمان آزمایش می کنند و با کیوبیت های دیگر درگیر می شوند تا اطلاعات را به صورت آنی انتقال دهند. این اصل کلی است. برای زمینه، رایانه‌های کوانتومی Google و IBM به طور مساوی کیوبیت‌ها را با استفاده از آنچه سخت‌افزار کوانتومی ابررسانا نامیده می‌شود، روی یک شبکه توزیع می‌کنند. کیوبیت‌های مجاور می‌توانند برای برقراری ارتباط اطلاعات در هم بپیچند. شرکت وبر سخت‌افزار یون به دام افتاده را به صفر می‌رساند، که به کیوبیت‌ها اجازه می‌دهد آزادانه حرکت کنند و در هر نقطه از شبکه با یکدیگر همکاری کنند. در هر صورت، کیوبیت بیشتر برابر است با قدرت محاسباتی بیشتر. رایانه کوانتومی IBM.
James Martin/C.
اما چه تعداد از این کیوبیت ها باید همگام شوند تا از پنجره آسیب پذیری بیت کوین استفاده کنند؟ چالش پذیرفته شده: هک بیت کوین
آنچه تاکنون می دانیم این است: تراکنش های بیت کوین پنجره ای دارند که در طی آن در برابر رایانه های کوانتومی آسیب پذیر هستند — اما نه رایانه های کلاسیک و نه قطعاً افراد. دلیلش این است که سیستم‌های کوانتومی پر از کیوبیت‌ها هستند، شلیک می‌کنند و محاسبات را با سرعت‌هایی انجام می‌دهند که مغز انسان به سختی قادر به درک آن است. با استفاده از تحقیقات خارجی، وبر تعداد کیوبیت های مورد نیاز برای نفوذ به آن پنجره را مشخص کرد و برخی از تخمین های محکم را کشف کرد. اما ظرافت کیوبیت ها را به یاد بیاورید. اگر مشکلی در یک کامپیوتر کوانتومی پیش بیاید، برهم نهی قطع می شود و تمام داده های کوانتومی ارزشمند برای همیشه از بین می روند. و همه چیز به اشتباه پیش می رود. برای جلوگیری از این فاجعه، برنامه نویسان کوانتومی کاری نسبتاً بصری انجام می دهند. آنها فقط از کیوبیت های بیشتری استفاده می کنند. به آن تصحیح خطای کوانتومی می گویند.

تصویر مفهومی از ذرات کوانتومی که با یکدیگر کار می کنند و درهم می مانند.
Getty.
با صرفه جویی برای ساده سازی، آنها ارتشی از کیوبیت ها را در هر محاسباتی پرتاب می کنند تا شانس داده های صحیح را افزایش دهند. به عنوان مثال، اگر 9/10 کیوبیت همان راه حل را ارائه دهد، می توان گفت که درست است. وبر گفت: «داشتن یک کیوبیت منطقی و باکیفیت – کامل نیست، اما خوب است – چیزی در حدود 1000 کیوبیت فیزیکی برای یک کیوبیت است. بنابراین، او تخمین اولیه خود را در 1000 ضرب کرد تا به پاسخ نهایی برسد. بینگو، حدود 317 میلیون کیوبیت برای هک کردن بیت کوین در یک ساعت نیاز است. او گفت: اگر به یک پنجره 10 دقیقه‌ای نگاه می‌کنید، "این فقط یک عدد بزرگتر خواهد بود." "احتمالا شش برابر بیشتر." این تعداد کیوبیت ها را به میلیاردها می رساند. ما هنوز به آن نقطه نزدیک نشده‌ایم. وبر افزود: اگر می‌خواهید آهسته‌تر آن را بشکنید، به طور کلی به کیوبیت‌های کمتری نیاز دارد – بنابراین چیزی حدود 13 میلیون برای شکستن آن در یک روز. وبر تنها کسی نیست که به این فکر می‌کند که چگونه محاسبات کوانتومی می‌تواند امنیت ارزهای دیجیتال را دور بزند. به عنوان مثال، مؤسسه ملی استاندارد و فناوری ایالات متحده در جستجوی الگوریتم‌های رمزنگاری ضد کوانتومی برای حفظ امنیت ارزهای دیجیتال است، در حالی که بنیاد اتریوم در حال بررسی مفاهیم مقاومت کوانتومی است. اگرچه ما هنوز راه هایی در پیش داریم تا به یک هک کوانتومی بیت کوین برسیم، اما وبر اصرار دارد که اکنون به پیشرفت ها فکر کنیم: "به انتقال محاسبات کلاسیک از لوله های خلاء 10 بیتی، یا هر تعداد که در ابتدا داشتند، نگاه کنید. "مطمئناً، محاسبات کوانتومی از گذار مشابهی برخوردار خواهد بود."