باحث في مؤسسة إيثريوم: يوم الكمون يقترب، وخطة لإكمال الانتقال المقاوم للكمون بحلول عام 2029

مقالة من كتابة: جاستن دراك، باحث في مؤسسة إيثريوم

ترجمة: تشوبر، أخبار فوريسايت

31 مارس، أصدر فريق الذكاء الاصطناعي الكمي من جوجل نتائج تاريخية حول خوارزمية شور على المنحنى الإهليلجي. من الناحية التقنية، تعتبر هذه الورقة إنجازًا ضخمًا: حيث زادت كفاءة الخوارزمية بمقدار عشرة أضعاف مقارنة بأفضل الحلول السابقة. اختار الفريق تحسين الحسابات باستخدام المنحنى الإهليلجي secp256k1، الذي يعتمد عليه توقيع البيتكوين والإيثريوم، وهو عرض تقني وتحذير لصناعة البلوكشين.

لكن أكثر ما يثير الاهتمام في هذه الورقة ليس التقنية، بل قواعد الصناعة. لم يتبع فريق البحث الإجراءات التقليدية لنشر الأبحاث العلمية، حيث حافظ على سرية التفاصيل الأساسية للتحسين، واستخدم إثبات المعرفة الصفرية (ZK) لإثبات صحة الحلول دون الكشف عن التفاصيل التقنية. ذكرت مدونة جوجل ذات الصلة أن المشروع تواصل مع الجهات الحكومية الأمريكية. الاعتماد على إثبات المعرفة الصفرية للسيطرة على المحتوى العلمي يُعد أول حالة من نوعها في التاريخ الأكاديمي العالمي.

كوني أحد المؤلفين المشاركين في الورقة، عايشت أسباب ونتائج هذا النشر المقيد للمحتوى. بصراحة، العديد من التفاصيل كانت صعبة عليّ للتصديق. أؤمن دائمًا أن الجمهور يجب أن يكون على علم، لكن الظروف الموضوعية حالت دون الكشف عن التفاصيل. ومع ذلك، يجب أن أذكر أن فريق جوجل كان محترفًا ودقيقًا طوال الوقت، وهو أمر يستحق الثناء.

التحكم المفرط في المعلومات غالبًا ما يكون عكس الهدف، والآن يظهر "تأثير ستريسيان" (كلما حاولت إخفاء شيء، زاد الاهتمام به): حيث أعيد إنتاج الخوارزمية الأساسية من قبل باحثين فرنسيين. والأكثر إثارة للدهشة هو إطلاق مسابقة مفتوحة المصدر لحل خوارزمية شور، على الموقع الإلكتروني ecdsa.fail، وخلال ساعات قليلة، سجلت رقمًا قياسيًا عالميًا في تحسين خوارزمية شور.

إعادة تنفيذ الخوارزمية بشكل مستقل، وظهور مسابقات مفتوحة المصدر في كل مكان

بعد شهرين فقط من نشر ورقة جوجل، تمكن خبير الكوانتم الفرنسي أندريه شروتينلوهر من فك رموز المنطق الأساسي للتحسين، ونشر ورقة بعنوان "تحسين دوائر جمع النقاط على المنحنى الإهليلجي لحساب اللوغاريتمات المنفصلة" (Optimized Point Addition Circuits for Elliptic Curve Discrete Logarithms) على موقع arXiv. تهانينا لأندريه، الذي تصدر بين الباحثين في هذا المجال. وفي ذات اليوم، كشف الخبير كريج جيدني، المختص في تحسين خوارزمية شور، أن هذا النهج تم التحكم فيه منذ عام كامل، ولم يتمكن من نشره علنًا بسبب القيود.

على الرغم من أن أبحاث أندريه استنسخت الهيكل الأساسي، إلا أنها لم تغطِ جميع التحسينات الدقيقة التي أضافتها جوجل، ولا تزال هناك إمكانيات كبيرة لتحسين خوارزمية شور، وهو الهدف من مسابقة ecdsa.fail. تم إعادة استخدام برامج التحقق من إثبات المعرفة الصفرية، مما سمح بانتقاء الحلول الفعالة تلقائيًا. الآن، يواصل المطورون حول العالم تقديم تحسينات، ويقاس الأداء بعدد البتات الكمية وكمية التكرارات، وحقق الدائرة الكاملة زيادة في الكفاءة بنسبة 8.4% مقارنة بالإصدار الأصلي من جوجل.

المشاركون في هذه الحملة يتجاوزون التوقعات، وليسوا من الأكاديميين فقط. خلال الأسابيع الماضية، ألهم عدد كبير من الهواة، مستلهمين من أفكار كارباتي (عالم الذكاء الاصطناعي الشهير، أحد مؤسسي أوبن إيه آي)، استخدام الذكاء الاصطناعي لتحسين خوارزمية شور بشكل مستقل. والأكثر إثارة هو أن برامج التحقق التي أُنشئت لإثبات المعرفة الصفرية يمكن أن تُستخدم الآن كمقيّم لمكافآت التكرار الذكي. هذه الطريقة الجديدة للبحث العلمي منخفضة العتبة، ويمكن حتى للمراهقين تقديم حلول عالية الجودة.

التقنية الكوانتية باستخدام الذرات المحايدة تدخل السوق، وتوقعات الصناعة بقدوم يوم الكوانتم (Q-Day) قبل 2032

القصة لا تتوقف عند جوجل. في نفس يوم نشر ورقتها، أصدرت شركة أوريوماتيك الناشئة في مجال الخصوصية ورقة عن خوارزمية شور، واحتلت على الفور المرتبة الأولى في موقع تقييم الأبحاث scirate.com.

النتائج التي توصلت إليها أوريوماتيك مذهلة: استنادًا إلى تحسينات جوجل، ومع استخدام بنية فيزيائية تعتمد على الذرات المحايدة، يمكن تشغيل خوارزمية شور بكفاءة باستخدام 10,000 كيوبت فيزيائي، وكسر تشفير secp256k1، وهو رقم يقلل بشكل كبير من توقعات الصناعة.

عندما قرأت ورقة أوريوماتيك لأول مرة، لم أكن أعرف شيئًا عن تقنية الذرات المحايدة، لكن بدافع الفضول قضيت مئات الساعات في البحث، وشاهدت فيديوهات علمية، وأجريت مقابلات مع خبراء. في النهاية، تبين أن تقنية الذرات المحايدة قابلة للتنفيذ، وأن جوجل أنشأت مؤخرًا مختبرًا جديدًا لها، وهو دليل على أن استراتيجيتها لم تقتصر على الحوسبة الفائقة فقط. إذا كنت تتابع موعد كسر التشفير Q-Day (اليوم الذي يمكن فيه للحواسيب الكوانتية فك التشفير التجاري)، فإن مسار الذرات المحايدة لا يمكن تجاهله.

المثير أن ورقتي جوجل وأوريوماتيك تتجنبان ذكر تأثير نتائج الأبحاث على موعد Q-Day، ولم يتضمن أي منهما توقعات زمنية. لكن، من خلال تحليل المعلومات المتاحة، أقدّر احتمالية أن يأتي Q-Day قبل 2032 بنسبة 50%، وقبل 2030 بنسبة 10%.

أما من ناحية التصريحات الرسمية الأمريكية، فإن التقديرات الصادرة عن وكالة الأمن القومي الأمريكية والمعهد الوطني للمقاييس والتقنية (NIST) تشير إلى أن موعد Q-Day هو 2035، حيث ستمنع الحكومة الأمريكية بعد ذلك استخدام أنظمة التشفير المعرضة للكشف بواسطة الحواسيب الكوانتية. لكن، بعد مراجعة التوقعات، يبدو أن هذا التقدير بعيد جدًا عن التطور التكنولوجي الحقيقي، ومن المحتمل أن تضطر NIST إلى تقديم الموعد بشكل كبير.

الهجرة بعد الكوانتم: إيثريوم تخطط للانتقال بحلول 2029

رغم ضرورة الحذر من مخاطر الكوانتم، إلا أنه لا داعي للذعر. أنظمة التشفير بعد الكوانتم غير الناضجة حاليًا قد تخلق ثغرات أمنية، لذا، برأيي، فإن عام 2029 هو فترة انتقال آمنة، وتبعد حوالي ثلاث سنوات ونصف عن الآن، وقد اختارت جوجل، وشركة كلاود فلير، ومؤسسة إيثريوم نفس الموعد.

حالياً، أعمل بشكل رئيسي على مشروع ترقية إيثريوم الخفيفة، لدعم انتقال سلس نحو تشفير ما بعد الكوانتم، مع عمل كبير يتطلب استبدال توقيعات الطبقة التوافقية (BLS)، ووعود البيانات (KZG)، وتوقيعات الطبقة التنفيذية (ECDSA). تعتمد خطة الترقية على نظام هاش التشفير، وتتمتع بإمكانيات عالية.

داخل مؤسسة إيثريوم، طورنا أداة تسمى leanVM، تعتمد على SNARKs المدعومة بواسطة هاش. بفضل جهود إميل، توماس، وغيرهم، أداؤها مضمون. من ناحية الأمان، تعتبر leanVM جوهرة، فهي zkVM بسيط جدًا، مصمم للتحقق الرسمي من النهاية إلى النهاية وأعلى معايير الأمان. هل تود أن تساهم؟ هناك خطتان بمليون دولار لكل منهما: الأولى، جائزة القرب (Proximity Prize)، لحل لغز رياضي طويل الأمد في نظرية التشفير، وتحسين SNARKs المعتمدة على هاش، وتحقيق جائزة مليون دولار. الثانية، مبادرة بوزيدون (Poseidon Initiative)، لتوفير مليون دولار لتكسير هاش بديهي يدعى بوزيدون، وهو هاش مناسب لـ SNARKs.