مخاطر الحوسبة الكمومية: كيف يمكن أن تؤثر على تشفير بيتكوين

تشير مخاطر الحوسبة الكمومية إلى احتمال ظهور حاسوب كمومي كبير وموثوق بما يكفي لإضعاف التشفير الذي تعتمد عليه بيتكوين. الحاسوب الكمومي هو جهاز يستخدم مبادئ الفيزياء الكمومية لحل مسائل معينة بسرعة أكبر بكثير مما تستطيعه الحواسيب الحالية. أما التشفير فهو الرياضيات التي تستخدمها بيتكوين للتحقق من هوية من يحق له إنفاق BTC، ولربط كتلها ببعضها.

ما الخوارزميات الكمومية المهمة بالنسبة لبيتكوين؟

تؤثر الحوسبة الكمومية على بيتكوين بشكل رئيسي من خلال خوارزميتين، هما خوارزمية شور وخوارزمية غروفر. والخوارزمية هي مجموعة ثابتة من الخطوات لحل مسألة ما.

ماذا تفعل خوارزمية شور بتوقيعات بيتكوين؟

يمكن لخوارزمية شور، إذا توفر حاسوب كمومي كبير وموثوق بما يكفي، أن تستنتج المفتاح الخاص لبيتكوين انطلاقًا من المفتاح العام المقابل له. وعندها يمكن لمن يشغّل مثل هذا الحاسوب أن يوقّع نيابةً عن صاحب المفتاح.

المفتاح الخاص هو الرقم السري الذي يُنشئ التوقيعات الرقمية التي تثبت أن صاحبه قد وافق على عملية إنفاق. تستخدم بيتكوين خوارزمية التوقيع الرقمي بالمنحنى الإهليلجي (ECDSA) أو توقيعات شنور. المفتاح الخاص في بيتكوين هو رقم من 256 بتًا، أي أنه يُكتب باستخدام 256 بتًا، والبت هو رقم يكون إما 0 أو 1.

المفتاح العام هو القيمة القابلة للمشاركة التي تُحسب من المفتاح الخاص عبر عملية أحادية الاتجاه. والمنحنى الإهليلجي هو منحنى معرَّف بمعادلة، وتتم عملية حساب المفتاح على نقاطه. تستخدم توقيعات بيتكوين منحنى إهليلجيًا يُعرف باسم secp256k1.

على المنحنى الإهليلجي، تُعرَف مسألة اللوغاريتم المتقطع بأنها مسألة إيجاد المفتاح الخاص عند معرفة المفتاح العام المقابل فقط. وعلى الحواسيب التقليدية، أي الحواسيب التي لا تستخدم أي تأثيرات كمومية، صُممت هذه المسألة لتكون غير قابلة للحل عمليًا. أما خوارزمية شور فهي خوارزمية كمومية تحل هذه المسألة، على حاسوب كمومي كبير بما يكفي، في عدد من الخطوات ينمو بمعدل يمكن التحكم به مع زيادة طول المفتاح.

ماذا تفعل خوارزمية غروفر بتجزئة بيتكوين؟

يمكن لخوارزمية غروفر أن تختزل عملية البحث عن مُدخل يُنتج تجزئة معينة في بيتكوين إلى ما يقارب الجذر التربيعي لعدد الخطوات الأصلي. والجذر التربيعي لرقم ما هو الرقم الذي ينتج الرقم الأصلي عند ضربه في نفسه، فمثلًا الجذر التربيعي لمليون هو 1000.

خوارزمية غروفر هي خوارزمية كمومية تبحث في مجموعة غير منظمة من N عنصر في نحو الجذر التربيعي لـ N من الخطوات. والمجموعة غير المنظمة لا تحتوي على ترتيب يمكن استغلاله، لذا يضطر البحث التقليدي إلى اختبار العناصر واحدًا تلو الآخر، وهو ما يتطلب نحو N مقسومة على 2 من الخطوات. ويُطلق على هذا الانخفاض من N خطوة إلى الجذر التربيعي لـ N خطوة اسم التسريع التربيعي.

دالة التجزئة هي دالة تحوّل مُدخلًا من أي طول إلى مُخرج ثابت الحجم يُسمى التجزئة (hash). وSHA-256 هي دالة تجزئة ذات مخرج بحجم 256 بتًا، وتعتمد عليها بيتكوين في تجزئة الكتل، ومعرّفات المعاملات، والعناوين أحادية المفتاح. والبحث عن مُدخل ينتج تجزئة معينة هو عملية بحث، لأن دالة التجزئة مصممة لتعمل في اتجاه واحد فقط وليس بالعكس.

تحتوي التجزئة ذات 256 بتًا على 2 مرفوعة للأس 256 من المخرجات الممكنة، وهو رقم مكوّن من 78 خانة. وفي أبسط تفسير، فإن الجذر التربيعي لـ 2 مرفوعة للأس 256 يساوي 2 مرفوعة للأس 128، أي أن التسريع التربيعي يمكن أن يختزل عملية البحث هذه إلى نحو 2 مرفوعة للأس 128 من الخطوات، مما يقلل الجهد المطلوب دون أن يلغيه تمامًا.

وتشير إحدى الهيئات المعنية بالمعايير إلى أن خوارزمية غروفر، بشكل عام، تحتاج لتحقيق التسريع الكامل إلى تسلسل طويل من الخطوات المتعاقبة، وهو أمر يصعب تحقيقه عمليًا، مما يعني أن الهجمات الموزعة على عدة أجهزة تحقق مكاسب أقل.

هل يمكن للحواسيب الكمومية كسر بيتكوين؟

يمكن للحواسيب الكمومية أن تكسر توقيعات بيتكوين إذا أصبح أحدها كبيرًا وموثوقًا بما يكفي لتشغيل خوارزمية شور على منحنى إهليلجي بحجم 256 بتًا. والإجابة تعتمد على حجم الجهاز وموثوقيته، فهي ليست مسألة نعم أو لا.

الكيوبت (qubit) هو النسخة الكمومية من البت: فبينما يكون البت إما 0 أو 1، يمكن للكيوبت أن يحمل أيضًا توليفة من الاثنين معًا. والكيوبت الفعلي هو كيوبت حقيقي على مستوى العتاد.

تصف إحدى صفحات الهيئات المعنية بالمعايير، التي تم تحديثها آخر مرة في مايو 2026، الأجهزة التي تتناولها بأنها تحتوي على مئات الكيوبتات المترابطة، مع معدل خطأ يبلغ نحو مرة واحدة في كل 1000 عملية. والعملية هي خطوة واحدة يقوم بها الجهاز على كيوباته.

يشير أحد التقديرات المنشورة في بحث علمي عام 2022 إلى أن الجهاز اللازم لكسر مفتاح منحنى إهليلجي بحجم 256 بتًا يحتاج إلى نحو 317 مليون كيوبت فعلي إذا كان يجب أن يُنجز الهجوم خلال ساعة واحدة، ونحو 13 مليون كيوبت إذا كان يُسمح له بالاستغراق يومًا واحدًا. ويفترض هذا التقدير معدل خطأ يبلغ نحو 1 من كل 1000 عملية، وفي حالة الساعة الواحدة، زمن دورة قدره 1 ميكروثانية. والدورة هي جولة واحدة متكررة من عمليات الجهاز، والميكروثانية هي جزء من المليون من الثانية.

ويشير تقدير آخر منشور في بحث علمي عام 2023 إلى أن الجهاز اللازم لكسر مفتاح منحنى إهليلجي بحجم 256 بتًا، عن طريق حساب لوغاريتمه المتقطع باستخدام خوارزمية شور، يحتاج إلى 126,133 كيوبت من نوع "كيوبت القطة" (cat qubit) تعمل لمدة نحو 9 ساعات. ويفترض هذا التقدير استخدام كيوبتات القطة، وهي تصميم كيوبت يتضمن حماية مدمجة من الأخطاء، وزمن دورة قدره 500 نانوثانية، أي نصف ميكروثانية.

يستخدم التقديران تصميمين مختلفين للكيوبتات، لذا لا يمكن مقارنة أعدادهما مباشرة. كما يختلف التقديران في زمن الدورة وفي مدة التشغيل المسموح بها، ولا يوضحان مقدار مساهمة كل افتراض في هذا الفرق. ولا يقارن هذا المقال أيًا من التقديرين بالجهاز الموصوف أعلاه.

اعتبارًا من أكتوبر 2026، أظهرت تقديرات أحدث، نُشرت كأوراق بحثية أولية لم تخضع لمراجعة الأقران، أجهزة أصغر حجمًا مقارنة بأرقام عامي 2022 و2023، ما يعني أن تلك الأرقام ليست حدًا ثابتًا. ولا يحدد أي من تقديري 2022 و2023 موعدًا يمكن أن يظهر فيه حاسوب كمومي بالحجم الذي يصفه، كما أن هذا التعريف لا يقدم أي تاريخ محدد.

أي أجزاء بيتكوين تعتمد على التوقيعات وأيها يعتمد على التجزئة؟

تعتمد التوقيعات والمفاتيح على رياضيات المنحنى الإهليلجي، في حين تعتمد العناوين أحادية المفتاح وروابط الكتل وإثبات العمل على دوال التجزئة. وإثبات العمل هو النظام الذي يبذل فيه المعدّنون جهدًا حاسوبيًا لإنشاء كتلة يمكن للحواسيب الأخرى التحقق منها. والمخرج (output) هو كمية من BTC مقيّدة بشرط معين، عادةً توقيع من مفتاح محدد.

المكوّن	يعتمد على	تأثير الخوارزمية المعنية
توقيعات المعاملات (ECDSA وشنور)	مسألة اللوغاريتم المتقطع على المنحنى الإهليلجي	خوارزمية شور: يمكن لحاسوب كمومي كبير بما يكفي أن يستنتج المفتاح الخاص من المفتاح العام.
المخرجات التي تحتفظ بمفتاح عام مباشرةً	المسألة نفسها، مع تخزين المفتاح العام داخل المخرج نفسه	خوارزمية شور: يمكن لحاسوب كمومي كبير بما يكفي أن يستنتج المفتاح الخاص من المفتاح العام الظاهر بالفعل في المخرج.
العناوين أحادية المفتاح، المبنية على تجزئة لمفتاح عام	SHA-256، ثم RIPEMD-160 (دالة تجزئة ثانية)، ثم توقيع عند إنفاق المخرج	خوارزمية غروفر: تسريع تربيعي في البحث عن مُدخل لتجزئة معينة.
إثبات العمل وروابط الكتل	SHA-256 مطبّقة مرتين	خوارزمية غروفر: تسريع تربيعي للبحث بشكل عام، والتسريع الكامل يتطلب تسلسلًا طويلًا من الخطوات المتعاقبة.

ما هي المفاتيح العامة المكشوفة، وماذا يتغير بسبب ذلك؟

المفتاح العام المكشوف هو مفتاح عام ظاهر على البلوكتشين، وهو السجل العام لمعاملات بيتكوين. ويصبح المفتاح العام ظاهرًا عند إنفاق مخرج ما، لأن البيانات التي تفتح مخرجًا أحادي المفتاح من النوع التقليدي (legacy) أو SegWit الإصدار صفر تتضمن المفتاح العام كاملًا.

مخرج "الدفع إلى مفتاح عام" (pay-to-public-key)، وهو نوع أقدم من المخرجات، يخزّن المفتاح العام داخل المخرج نفسه. ومخرج Taproot، وهو نوع أضافته بيتكوين في نوفمبر 2021، يخزّن المفتاح العام داخل المخرج نفسه أيضًا. لذلك تُظهر مخرجات "الدفع إلى مفتاح عام" ومخرجات Taproot المفتاح منذ لحظة وجودها.

أما العنوان أحادي المفتاح من النوع التقليدي أو SegWit الإصدار صفر، الذي استلم BTC مرة واحدة فقط، فيبقى مفتاحه العام مُجزّأً (مخفيًا) إلى أن يتم إنفاق الأموال المرسلة إليه للمرة الأولى.

يتعين على أي هجوم كمومي، أي هجوم يُنفَّذ باستخدام حاسوب كمومي، أن يستنتج المفتاح الخاص من المفتاح العام. وبالنسبة لمفتاح مكشوف بالفعل، لا يحتاج هذا الهجوم إلى انتظار عملية إنفاق.

العقد (Nodes) هي حواسيب تتصل بشبكة بيتكوين وتتحقق من الكتل. أما تجمّع المعاملات المعلّقة (mempool) فهو المنطقة المؤقتة التي تحتفظ فيها العقد بالمعاملات التي لم تُدرج بعد في أي كتلة. وبالنسبة لمفتاح مخفي خلف تجزئة، يظهر المفتاح عندما يبث صاحبه عملية إنفاق، ولا يمكن أن يبدأ أي هجوم كمومي على ذلك المفتاح إلا من تلك اللحظة، بينما تنتظر المعاملة في تجمّع المعاملات المعلّقة.

ما الذي يجعل بيتكوين مقاومة للحوسبة الكمومية؟

تُعتبر بيتكوين مقاومة للحوسبة الكمومية إذا اعتمدت التشفير ما بعد الكمومي. والتشفير ما بعد الكمومي هو تشفير مصمم لمقاومة هجمات الحواسيب الكمومية. وتُعد المقاومة الكمومية هدفًا تصميميًا وليست إثباتًا قاطعًا.

في أغسطس 2024، نشرت إحدى الهيئات المعنية بالمعايير أول معاييرها لما بعد الحوسبة الكمومية: معيار واحد لإنشاء المفاتيح، يتيح لطرفين الاتفاق على مفتاح سري مشترك، ومعياران للتوقيعات الرقمية. وقد سُمّي معيارا التوقيع تبعًا للرياضيات التي يستخدمانها، أحدهما للتوقيعات القائمة على الشبكات (lattice-based) والآخر للتوقيعات القائمة على التجزئة (hash-based). وتصف الهيئة نفسها معيار التوقيع القائم على الشبكات بأنه يُعتقد أنه يقاوم الهجمات حتى من حاسوب كمومي واسع النطاق.

معايير ما بعد الحوسبة الكمومية لعام 2024 هي معايير عامة الغرض: فهي لم تُكتب خصيصًا لبيتكوين وليست جزءًا من قواعدها. ويتخذ أي تعديل في قواعد بيتكوين شكل تحديث ناعم (soft fork)، تقبله حتى العقد التي لم تُحدَّث، أو تحديث صلب (hard fork)، يمكن لتلك العقد رفضه.

اعتبارًا من أكتوبر 2026، لم تُعتمد المقترحات الخاصة ببيتكوين التي تم التحقق منها لإعداد هذا المقال، وأحدها على الأقل هو اقتراح لإضافة نوع جديد من المخرجات، أي طريقة جديدة لتقييد BTC، عبر تحديث ناعم.

ماذا لا تعنيه مخاطر الحوسبة الكمومية؟

مخاطر الحوسبة الكمومية، والتي يُطلق عليها أيضًا "الخطر الكمومي"، ليست تنبؤًا. فالمصطلح يصف احتمالًا قائمًا، ولا يحمل أي تاريخ محدد.