تراشه کوانتومی ویلو (Willow) گوگل با کاهش حدود ۴۰ برابری خطاها هنگام آماده‌سازی حالت‌های ویژه مورد استفاده در محاسبات کوانتومی، گامی مهم در مسیر ساخت رایانه‌هایی برداشته است که توانایی شکستن کیف پول های بیت کوین را دارند.
این دستاورد که نتایج آن این هفته در مجله ساینس (Science) منتشر شد، به موضوعی می‌پردازد که در بحث‌های مربوط به تهدید رایانه‌های کوانتومی برای بیت کوین کمتر مورد توجه قرار می‌گیرد. این بحث‌ها معمولاً بر قدرت و ابعاد رایانه‌ای که یک مهاجم به آن نیاز دارد متمرکز هستند و در عین حال، هزینه و منابع مورد نیاز برای آماده‌سازی چنین دستگاهی پیش از آغاز محاسبات را دست‌کم می‌گیرند.
چرا سکه‌های قدیمی فرصت بیشتری به مهاجمان می‌دهند؟
کیف پول بیت کوین از یک کلید خصوصی برای تأیید پرداخت‌ها استفاده می‌کند. در مقابل، یک کلید عمومی متناظر وجود دارد که شبکه از طریق آن می‌تواند صحت این تأییدها را بررسی کند. هنگام خرج کردن بیت کوین، کلید عمومی معمولاً آشکار می‌شود؛ هرچند برخی از انواع تراکنش‌ها از همان ابتدا این کلید را در معرض دید قرار می‌دهند.
از نظر محاسباتی، رسیدن از کلید عمومی به کلید خصوصی باید به منابع پردازشی غیرعملی و بسیار زیادی نیاز داشته باشد. همین موضوع باعث می‌شود مهندسی معکوس کیف پول‌های رمزارزی عملاً غیرممکن باشد.
با این حال، یک رایانه کوانتومی به‌اندازه کافی قدرتمند که الگوریتم شور (Shor’s algorithm) را اجرا کند، از نظر نظری می‌تواند این محاسبات را انجام دهد. هر فردی که بتواند کلید خصوصی را بازیابی کند، قادر خواهد بود تراکنش‌هایی را به نام مالک اصلی امضا کند و شبکه نیز آن‌ها را معتبر تشخیص خواهد داد. پیتر شور، ریاضی‌دان، این روش را نخستین بار در سال ۱۹۹۴ منتشر کرد، اما تاکنون هیچ‌کس موفق نشده است اجرای عملی چنین حمله‌ای را به نمایش بگذارد.
نگهداری عبارت بازیابی کیف پول در یک کشوی فیزیکی قفل‌شده نیز در برابر چنین تهدیدی محافظتی ایجاد نمی‌کند؛ زیرا مهاجم می‌تواند از اطلاعاتی استفاده کند که از قبل روی بلاک چین ثبت شده‌اند.
برخی از قالب‌های جدیدتر پرداخت، کلید عمومی را تا زمان خرج کردن دارایی پشت یک هش یا اثر انگشت دیجیتال پنهان نگه می‌دارند. مهاجمی که قصد هدف قرار دادن چنین کلیدی را داشته باشد، باید منتظر آشکار شدن آن بماند و سپس کلید خصوصی را به‌اندازه‌ای سریع بازیابی کند که بتواند پیش از تکمیل پرداخت، در آن اختلال ایجاد کند.
به همین دلیل، بیت کوین های گم‌شده نیز مسئله‌ای دشوار ایجاد می‌کنند. شبکه بیت کوین می‌تواند سازوکارهای امنیتی قوی‌تری برای خرج کردن دارایی‌ها معرفی کند، اما برای انتقال دارایی‌های قدیمی به این سازوکارها، همچنان به کلیدهای فعلی نیاز است. اگر این کلیدها گم شده باشند، مالک نمی‌تواند چنین انتقالی انجام دهد؛ درحالی‌که کلید عمومی افشاشده همچنان برای مهاجمان احتمالی آینده قابل دسترسی خواهد بود.
کلیدهای عمومی برخی از قدیمی‌ترین دارایی‌های بیت کوین نیز از زمان استخراج این سکه‌ها در معرض دید قرار داشته‌اند.
هم زمان با افزایش بحث‌ها درباره تهدید کوانتومی، برخی از بیت کوین‌های قدیمی نیز جابه‌جا شده‌اند. در تاریخ ۷ اکتبر، مقدار ۱۰۰.۰۲ بیت کوین که از ژوئیه ۲۰۱۰ تاکنون دست‌نخورده باقی مانده بود، پس از بیش از ۱۶ سال جابه‌جا شد. ارزش این دارایی در آن زمان حدود ۸.۵ میلیون دلار بود. در ماه اوت نیز شش کیف پول که از سال‌های ۲۰۱۱ تا ۲۰۱۴ غیرفعال بودند، در مجموع ۵۵۳.۵۹ بیت کوین به ارزش تقریبی ۴۰ میلیون دلار در آن زمان منتقل کردند.
البته، این انتقال‌ها به‌تنهایی ثابت نمی‌کنند که دارندگان بیت کوین در واکنش به نگرانی‌های کوانتومی دارایی‌های خود را جابه‌جا کرده‌اند؛ زیرا انتقال سکه‌ها می‌تواند صرفاً به معنای تغییر کیف پول، سازمان‌دهی مجدد دارایی‌ها یا آماده شدن برای فروش باشد.
هزینه آماده‌سازی رایانه‌های کوانتومی
رایانه‌های کوانتومی اطلاعات را در واحدهایی به نام کیوبیت (Qubit) ذخیره می‌کنند که بسیار آسیب‌پذیر هستند. گرما، ارتعاش و سیگنال‌های ناخواسته می‌توانند آن‌ها را مختل کرده و باعث بروز خطا شوند. با افزایش تعداد کیوبیت‌ها نیز احتمال وقوع اشتباه بیشتر می‌شود.
مهندسان برای مقابله با این مشکل، تعداد زیادی کیوبیت فیزیکی را در گروه‌هایی سازمان‌دهی می‌کنند که وظیفه شناسایی و اصلاح خطاها را بر عهده دارند. هر گروه مانند یک واحد قابل‌اعتمادتر عمل می‌کند که به آن کیوبیت منطقی (Logical Qubit) گفته می‌شود.
این واحدها برای اجرای برخی عملیات به نوعی سوخت دیجیتال نیاز دارند؛ یعنی حالت‌های کوانتومی ویژه‌ای که پژوهشگران آن‌ها را «حالت‌های جادویی» (Magic States) می‌نامند. هر حالت جادویی هنگام استفاده مصرف می‌شود و قابل استفاده مجدد نیست. بنابراین، رایانه باید در طول اجرای محاسبات، به تولید مداوم این حالت‌ها ادامه دهد.
روش گوگل که کِالتیوِیشن (Cultivation) نام دارد، با تولید نسخه‌ای اولیه و نه‌چندان دقیق از حالت کوانتومی آغاز می‌شود. سپس این حالت از نظر وجود خطا بررسی می‌شود و نمونه‌های معیوب کنار گذاشته می‌شوند. هدف این روش آن است که حالت‌های کوانتومی دقیق و قابل‌اعتماد با استفاده از سخت‌افزار کمتری نسبت به روش‌های قدیمی تولید شوند.
گوگل اعلام کرده است که میزان وفاداری (Fidelity) حالت‌های تولیدشده به حدود ۹۹.۹۹ درصد رسیده است. وفاداری معیاری برای سنجش میزان تطابق حالت نهایی با حالتی است که پژوهشگران قصد تولید آن را داشته‌اند.
البته، این رقم فقط به حالت‌هایی مربوط می‌شود که از مرحله بررسی با موفقیت عبور کرده‌اند. تراشه ویلو پس از بررسی‌های انجام‌شده در مراحل آماده‌سازی و اندازه‌گیری، تنها حدود ۸ درصد از تلاش‌ها را حفظ کرد. به بیان ساده، از هر ۱۰۰ تلاش، تقریباً هشت مورد موفق شدند از تمام بررسی‌ها عبور کنند.
گام‌های بعدی شامل اجرای این فرایند در مقیاسی بسیار بزرگ‌تر و اطمینان از حفظ کارایی حالت‌های تولیدشده هنگام استفاده در محاسبات طولانی‌تر است. پژوهشگران می‌گویند برای دستیابی به این هدف، هنوز باید روی اجرای عملیات در لحظه و انتقال حالت‌ها به ساختارهای قدرتمندتر تصحیح خطا کار کنند.
این دستاورد چه ارتباطی با پژوهش‌های قبلی دارد؟
گوگل در ماه مارس تخمین زده بود که یک رایانه کوانتومی ابررسانا در آینده، با کمتر از ۵۰۰ هزار کیوبیت فیزیکی، می‌تواند رمزنگاری کیف پول‌های بیت کوین و اتریوم را بشکند؛ البته این برآورد بر مجموعه مشخصی از فرضیات سخت‌افزاری استوار بود.
در ماه سپتامبر نیز وب‌سایت کوین‌دسک (CoinDesk) از پژوهشی گزارش داد که حجم محاسبات مورد نیاز برای یکی از محاسبات اصلی این حمله را کاهش داده بود. آن پژوهش تنها یکی از اجزای حمله را بررسی می‌کرد و حمله کامل و هزینه سخت‌افزاری اجرای آن را در نظر نمی‌گرفت.
این مطالعات میزان محاسبات ریاضی مورد نیاز مهاجم را کاهش می‌دهند، اما روش کِالتیوِیشن به هزینه تأمین منابع مورد نیاز رایانه هنگام انجام این محاسبات می‌پردازد.
با این حال، نمی‌توان دستاوردهای این پژوهش‌ها را به‌سادگی در یکدیگر ضرب کرد. برآورد ماه مارس گوگل از ابتدا تولید کارآمد حالت‌های جادویی را فرض کرده بود. آزمایش جدید بخشی از این رویکرد مهندسی را بررسی می‌کند و به معنای کاهش ۴۰ برابری دیگری در هزینه تخمینی حمله به بیت کوین نیست.
مقاله ماه مارس همچنین نشان می‌دهد که چنین حمله‌ای به چه میزان سوخت محاسباتی نیاز خواهد داشت. گوگل برای یک حمله شبیه‌سازی‌شده که پس از آشکار شدن کلید عمومی حدود ۹ دقیقه طول می‌کشد، تخمین زده بود که رایانه باید در هر ثانیه تقریباً ۵۰۰ هزار حالت جادویی با قابلیت اطمینان کافی تولید کند.
منبع: Coindesk
