FHE والتهديد الكوانتي: لماذا التشفير التجريدي مهيأ لعصر ما بعد الكم

إفصاح: لا تمثل هذه المقالة نصيحة استثمارية. المحتوى والمواد المعروضة في هذه الصفحة لأغراض تعليمية فقط.

لطالما نظر معدنو البيتكوين إلى نوع الأحداث المفاجئة التي قد تعطل شبكة العملات الرقمية، مما يجعلها غير قابلة للاستخدام. تتراوح السيناريوهات المقترحة من كارثة نووية إلى فشل كارثي في الإنترنت – وكلاهما بالطبع سيؤثر على البشرية بطرق أكثر ملموسية من مجرد قدرتها على إجراء المعاملات على السلسلة.

واحدة من أكبر التهديدات المتخيلة، والتي يتم مناقشتها الآن بشكل روتيني، تتعلق بشبح الحوسبة الكمومية. بمجرد وصول آلات كمومية قوية بما يكفي، يحذر من نهاية العالم، يمكن أن تنهار التشفير بين ليلة وضحاها، مما يؤثر ليس فقط على البيتكوين بل على معظم سلاسل الكتل بالإضافة إلى البنوك التقليدية وأمان الويب.

السبب في أن هذا الخوف أصبح يحظى باهتمام كبير، بينما لم تفعل غيره من الأحداث المفاجئة – مثل تكنولوجيا غريبة، أو إعادة تفعيل مليون بيتكوين خاملة لساتوشي – هو أن التهديد الكمومي لديه فرصة واقعية للتحقق من صحته. في الواقع، يقول الكثيرون إنه حتمي وأن الأمر مجرد مسألة وقت فقط قبل أن يحدث.

هل نتحدث عن سنوات أم عقود؟ إذا كانت الأخيرة، فهناك وقت كافٍ للعالم للانتقال إلى أنظمة مقاومة للحوسبة الكمومية. وإذا كانت الأولى، فلدينا مشكلة. ولهذا السبب من المنطقي التصدي لها الآن حتى يكون العالم جاهزًا عندما يحين ذلك اليوم، ويكون قد طبق الحلول لمنع تعرض الأصول الرقمية وسجلاتها الموزعة للخطر.

نتيجة لذلك، يولي الباحثون اهتمامًا متزايدًا للأنظمة التشفيرية المقاومة للحوسبة الكمومية، لضمان بقائها آمنة حتى في عالم توجد فيه الحواسيب الكمومية. التشفير التام المتجانس (FHE) يقع بقوة ضمن هذه الفئة، وهو أحد الأسباب الرئيسية التي تجعله يكتسب اهتمامًا متزايدًا عبر Web3 والحوسبة التقليدية.

لفهم السبب، نحتاج إلى تفكيك التهديد الكمومي وفهم كيف تختلف الرياضيات الأساسية لـ FHE عن التشفير الذي تعتمد عليه معظم سلاسل الكتل اليوم.

مشكلة الحوسبة الكمومية

معظم الناس لا يفهمون الحوسبة الكمومية بشكل عميق، وهو أمر غير مفاجئ نظرًا لتعقيدها. لكنهم يفهمون أهمية التهديد الذي تمثله. كما تعلم، تعالج الحواسيب التقليدية المعلومات على شكل بتات تكون في حالة واحدة من اثنين، 0 أو 1. أما الحواسيب الكمومية فتستخدم الكيوبتات، التي يمكن أن توجد في حالات متعددة في آن واحد بفضل خاصية تُعرف بالتراكب.

دون الخوض كثيرًا في تفاصيل الفيزياء، التطبيق العملي هو أن بعض المشكلات التي قد تستغرق الحواسيب التقليدية آلاف أو ملايين السنين لحلها يمكن نظريًا أن تُحل بسرعة أكبر بكثير على آلة كمومية. وهذا مهم لأن العديد من أنظمة التشفير المستخدمة على نطاق واسع تعتمد على مسائل رياضية سهلة الحساب في اتجاه واحد ولكنها صعبة جدًا في العكس.

اثنان من الأمثلة المهمة هما تشفير RSA، الذي يعتمد على صعوبة تحليل الأعداد الأولية الكبيرة، والتشفير باستخدام المنحنى الإهليلجي (ECC)، الذي يعتمد على صعوبة حل مسائل اللوغاريتمات المنفصلة. كلاهما عرضة لخوارزمية كمومية تُعرف باسم خوارزمية شور، التي يمكنها حل المسائل الرياضية التي تؤمنها بكفاءة، وخصوصًا ECC لأنها تشكل العمود الفقري لأمان محافظ العملات الرقمية.

لماذا قد تكون سلاسل الكتل عرضة للخطر

في معظم شبكات البلوكشين، السيطرة على الأموال تعود في النهاية إلى امتلاك مفتاح خاص. عندما ترسل معاملة، يتحقق الشبكة من ملكيتك لهذا المفتاح عبر توقيع رقمي مستمد من التشفير باستخدام المنحنى الإهليلجي. وفقًا لافتراضات الحوسبة التقليدية، استنتاج المفتاح الخاص من المفتاح العام غير ممكن حسابيًا.

لكن مع وجود حواسيب كمومية قوية بما يكفي لتشغيل خوارزمية شور، يتغير المعادلة. يمكن للمهاجم الكمومي نظريًا استنتاج المفتاح الخاص من المفتاح العام، مما يسمح له بتزوير التوقيعات وربما سرقة المحافظ.

هذا لا يعني بالضرورة أن التهديد وشيك. فالحواسيب الكمومية الحالية لا تزال صغيرة جدًا وتحتمل أخطاء كثيرة لأداء مثل هذه الهجمات على نطاق واسع. لكن التشفير يعمل على مدى زمني طويل، والأصول المخزنة على البلوكشين اليوم بحاجة إلى أن تظل آمنة لعقود قادمة – وهذا يعيدنا إلى FHE.

لماذا يعتبر FHE مقاومًا طبيعيًا للحوسبة الكمومية

التشفير التام المتجانس مبني بشكل مختلف. ذلك لأن معظم تطبيقات FHE الحديثة تعتمد على التشفير القائم على الشبكات، والذي يعتمد على صعوبة حل المشكلات التي تتعلق بهياكل هندسية عالية الأبعاد تُعرف بالشبكات.

بعبارات بسيطة، التحدي هو حل أنظمة كبيرة من المعادلات التي تتضمن كميات صغيرة من الضوضاء أو العشوائية. بالنسبة للحواسيب التقليدية، حل هذه المشكلات بكفاءة أمر شديد الصعوبة، والأهم من ذلك، لا توجد خوارزميات كمومية معروفة يمكنها حلها بشكل أسرع بشكل كبير.

هذا يجعل الأنظمة المعتمدة على الشبكات من المرشحين الرائدين للتشفير بعد الكم، وقد اختارت العديد من المنظمات مثل المعهد الوطني للمقاييس والتقنيات الأمريكي (NIST) عدة خوارزميات تعتمد على الشبكات كمعايير تشفير مستقبلية.

وبما أن معظم أنظمة FHE مبنية على نفس الأسس الرياضية، فهي ترث نفس المقاومة للهجمات الكمومية. بمعنى آخر، لم يُصمم FHE أصلاً كآلية دفاع ضد الكم، لكن الرياضيات التي يعتمد عليها تتوافق مع الاتجاه الذي تتجه إليه التشفير بعد الكم.

ماذا يعني هذا للبلوكشين

المقاومة للكم مهمة بشكل خاص لأنظمة البلوكشين لأنها مصممة لتكون بنية تحتية دائمة. لا نعرف قيمة بيتكوين بعد 20 سنة، لكننا نرغب في أن نكون واثقين من أنها ستظل ذات قيمة، وبالتالي تستحق أن نحتفظ بها كاستثمار طويل الأمد – وأيضًا أن نتركها لأحفادنا.

وهذا سبب آخر لأهمية التفكير في الحوسبة الكمومية الآن. ومن الجدير بالذكر، في هذا السياق، أن سلاسل الكتل لا يمكنها ببساطة استبدال أنظمة التشفير بين عشية وضحاها. فافتراضات الأمان الخاصة بها مدمجة في كل شيء من آليات الإجماع إلى بنية المحافظ.

إذا أصبحت إحدى البنى التحتية التشفيرية الشائعة عرضة للخطر، فإن ترحيل نظام بلوكشين كامل سيكون – كما يقول باني – مؤلمًا جدًا. لهذا السبب بدأ القطاع في التركيز على FHE.

لأنه يسمح بالحوسبة على البيانات المشفرة ويعتمد على رياضيات مقاومة للكم، يوفر FHE مسارًا نحو أنظمة بلوكشين تحافظ على الخصوصية وتكون آمنة بعد الكم. وهذا مهم بشكل خاص للتطبيقات التي تتعامل مع بيانات مالية حساسة.

دور FHE في التمويل اللامركزي الخاص

واحدة من أكثر الاستخدامات الواعدة لـ FHE في البلوكشين اليوم هي التمويل اللامركزي المشفر. الشبكات العامة بطبيعتها شفافة، وهذه الشفافية مفيدة للتحقق، لكنها تخلق مشاكل في الأسواق المالية حيث تصبح الاستراتيجيات وأرصدة المحافظ مرئية للجميع.

يعالج التشفير التام المتجانس ذلك بالسماح للعقود الذكية بالعمل على أرصدة مشفرة. على سبيل المثال، يمكن لبروتوكول الإقراض التحقق من أن المقترض لديه ضمانات كافية للحصول على قرض دون الكشف عن المبلغ الدقيق، ويمكن أن تظل حدود التصفية مخفية، مما يمنع المتداولين من استهداف مراكز ضعيفة. تظهر نماذج الإقراض المشفرة المبنية على FHE كيف يمكن للعقود الذكية فرض القواعد المالية مع الحفاظ على سرية المعلومات الحساسة.

في هذا السياق، يوفر FHE فائتين في آن واحد: الخصوصية مع مقاومة التشفير طويلة الأمد.

نموذج تشفير مقاوم للمستقبل

لقد أجبر ظهور الحوسبة الكمومية التشفيريين على إعادة التفكير في الافتراضات التي تقوم عليها الأمانات الحديثة. يبدو حتميًا أن التقنيات المبنية على المبادئ التشفيرية التقليدية قد تحتاج في النهاية إلى استبدالها. قد يحدث ذلك ببطء أو فجأة بسبب اختراق مفاجئ للحوسبة الكمومية.

ما يهم هو أنه عندما يحدث ذلك، نكون مستعدين وليس في حالة فوضى للبحث عن حل – فحينها قد يكون الأوان قد فات. لا نعرف كم ستدوم الحقبة قبل الكم، لكننا نعلم أن كل عصر ينقضي، وعندما يأتي عصر ما قبل الكم، ستظل سلاسل الكتل المحمية بواسطة التشفير التام المتجانس محمية، مع ضمانات أمان غير منقوصة.

في الوقت الحاضر، يُستخدم FHE في العديد من الأمور، بما في ذلك تحقيق الخصوصية على السلسلة. لكن على المدى الطويل، قد تكون قيمته الأساسية كدفاع يضمن بقاء البلوكشين محصنًا ضد هجمات أقوى الحواسيب التي تم تصورها على الإطلاق.