الأمان ما بعد الكم في Zcash
الخلاصة السريعة
- تمثل الحواسيب الكمّية خطرًا مستقبليًا لأنها قد تكسر بعض تقنيات التشفير بالمفتاح العام المستخدمة في سلاسل الكتل اليوم.
- يعني مصطلح "ما بعد الكم" تشفيرًا يعمل على الحواسيب العادية لكنه مُصمَّم لمقاومة هجمات الحواسيب الكمّية المستقبلية.
- Zcash ليس ما بعد الكم بالكامل اليوم.
- يقلل Zcash المحمي من كمية بيانات المعاملات العامة التي يمكن للمهاجمين المستقبليين دراستها، لكن استخدام الحماية ليس هو نفسه المقاومة الكمّية الكاملة.
- يستعد Zcash عبر الأبحاث وZIP ومقترحات الترقية مثل ZIP 2005 وProject Tachyon.
- يجب أن تحمي هجرة آمنة إلى ما بعد الكم الأموال والخصوصية والمحافظ ومنصات التداول وقواعد الإجماع في الوقت نفسه.
للاطّلاع على ما تغيّر في Ironwood والحالة المؤرخة لكل جزء، راجع هل Zcash مقاوم للكم؟.
ما هي الحوسبة الكمّية؟
يخزن الحاسوب العادي المعلومات على شكل بِتّات. كل بِت هو إما 0 أو 1.
يستخدم الحاسوب الكمّي بِتّات كمّية تُسمى qubits. ويمكن استخدام qubits بواسطة خوارزميات خاصة تحل بعض المسائل الرياضية بسرعة أكبر بكثير من الحواسيب العادية.
هذا لا يعني أن الحاسوب الكمّي أسرع في كل شيء. الخطر محدد. تعتمد بعض أنظمة التشفير على مسائل رياضية شديدة الصعوبة بالنسبة للحواسيب العادية لكنها تصبح أسهل بكثير أمام حاسوب كمّي كبير بما يكفي.
وبالنسبة إلى سلاسل الكتل، فإن أهم مثال هو التشفير بالمفتاح العام. تُستخدم المفاتيح العامة والتوقيعات لإثبات أن المستخدم مخول بإنفاق العملات.
لماذا تهتم سلاسل الكتل؟
تستخدم سلاسل الكتل التشفير لعدة وظائف مختلفة:
| أداة التشفير | ما الذي تفعله | التأثير الكمّي |
|---|
| التوقيعات الرقمية | إثبات أن المالك قد صرّح بالإنفاق | خطر مرتفع على أنظمة المنحنيات الإهليلجية الشائعة |
| دوال التجزئة | بناء العناوين والالتزامات وأشجار Merkle والتحديات | خطر أقل، لكن هوامش الأمان مهمة |
| براهين المعرفة الصفرية | إثبات صحة المعاملات المحمية دون كشف التفاصيل | يعتمد على نظام البرهان والافتراضات |
| اتفاق المفاتيح | يساعد المحافظ على تشفير بيانات الملاحظات للمستلمين | يحتاج إلى مراجعة دقيقة ضمن نموذج تهديد كمّي |
قد يهدد حاسوب كمّي قوي بما يكفي العديد من أنظمة التوقيع المستخدمة اليوم، بما في ذلك توقيعات المنحنيات الإهليلجية. وهذا مهم لأن التوقيع هو ما يتيح للشبكة معرفة أن المعاملة قد صرّح بها المفتاح الصحيح.
أما دوال التجزئة فهي مختلفة. يمكن لخوارزمية Grover أن تسرّع البحث بالقوة الغاشمة، لكنها لا تكسر دوال التجزئة بالطريقة المباشرة نفسها. ويمكن أن تساعد هوامش الأمان الأكبر.
ما هو التشفير ما بعد الكم؟
التشفير ما بعد الكم هو تشفير مُصمَّم ليبقى آمنًا أمام كلٍّ من الحواسيب العادية والحواسيب الكمّية المستقبلية.
ولا يعني ذلك أن التشفير يستخدم حاسوبًا كمّيًا. بل يعني أن النظام قائم على مسائل رياضية صعبة من نوع مختلف.
في عام 2024، أصدر NIST أول المعايير النهائية لما بعد الكم:
- ML-KEM لإنشاء المفاتيح
- ML-DSA للتوقيعات الرقمية
- SLH-DSA للتوقيعات الرقمية المعتمدة على التجزئة
تمثل هذه المعايير محطة مهمة جدًا، لكن سلسلة الكتل لا تستطيع ببساطة استبدال خوارزمية بأخرى بين ليلة وضحاها. إذ يجب أخذ قواعد الإجماع والمحافظ والمحافظ الصلبة وأحجام المعاملات والرسوم والخصوصية كلها في الاعتبار.
كيف يظهر الخطر الكمّي على السلسلة
طريقة بسيطة لفهم الخطر هي:
- ينشئ المستخدم زوج مفاتيح.
- قد تظهر بيانات المفتاح العام أو التوقيع على السلسلة.
- قد يتمكن مهاجم كمّي في المستقبل من استخدام هذه المواد العامة لمعرفة المفتاح الخاص.
- إذا كانت الأموال لا تزال خاضعة لذلك المفتاح، فقد تكون معرّضة للخطر.
تكشف سلاسل الكتل الشفافة كثيرًا من المعلومات بحكم التصميم. فالعناوين والمبالغ وروابط المعاملات عامة. كما يمكن أن تصبح مواد المفتاح العام مرئية عند إنفاق العملات.
ولهذا يُعدّ إعادة استخدام العناوين أمرًا ضارًا. فهو يمنح المراقبين مزيدًا من البيانات للربط اليوم، ويمنح المهاجمين المستقبليين مزيدًا من المواد التاريخية لتحليلها.
ما المختلف في Zcash؟
يدعم Zcash المعاملات الشفافة والمحمية معًا.
يعمل Zcash الشفاف بصورة أقرب إلى استخدام سلاسل الكتل العامة على نمط Bitcoin. إذ تكون العناوين والمبالغ وعلاقات المعاملات مرئية.
أما Zcash المحمي فهو مختلف. تستخدم المعاملات المحمية براهين المعرفة الصفرية لكي تتمكن الشبكة من التحقق من أن المعاملة تتبع القواعد دون كشف المرسل أو المستلم أو المبلغ.
ويمنح هذا Zcash ميزة مهمة في الخصوصية:
- تُنشر بيانات معاملات أقل ليطّلع عليها الجميع.
- يتجنب المستخدمون إنشاء رسم بياني عام للمدفوعات عندما يبقون داخل الحماية.
- يكون لدى المراقبين المستقبليين تاريخ مالي عام أقل لتحليله.
- يمكن أن يحدث الإفصاح الانتقائي عبر مفاتيح العرض بدلًا من سجلات عامة افتراضيًا.
لكن Zcash المحمي ليس ما بعد الكم تلقائيًا. فما زالت المجمعات المحمية تعتمد على افتراضات تشفيرية. ويحتاج تفويض الإنفاق والتزامات الملاحظات وnullifiers وأنظمة البرهان والتشفير ومفاتيح المحافظ كلها إلى مراجعة دقيقة.
والنسخة المختصرة هي:
يقلل الاستخدام المحمي من الانكشاف العام، لكن Zcash لا يزال بحاجة إلى ترقيات ما بعد الكم مدروسة بعناية.
خريطة مخاطر Zcash
| المجال | شرح مبسط | مصدر القلق ما بعد الكم |
|---|
| العناوين الشفافة | عناوين عامة ورسم بياني عام للمعاملات | مخاطر مشابهة لسلاسل الكتل الشفافة الأخرى |
| تفويض الإنفاق | الدليل على أن المستخدم مخول بالإنفاق | قد تحتاج أنظمة التوقيع إلى استبدال أو ترحيل |
| الملاحظات المحمية | سجلات خاصة للقيمة داخل المجمعات المحمية | قد تحتاج بعض المكونات إلى افتراضات جديدة أو أدوات استرداد |
| zk-SNARKs | براهين على أن المعاملات المحمية صحيحة | تحتاج افتراضات نظام البرهان إلى مراجعة |
| فحص المحفظة | كيفية عثور المحافظ على الملاحظات المستلمة وفك تشفيرها | يحتاج اتفاق المفاتيح وتشفير الملاحظات إلى مراجعة |
| الترحيل | نقل الأموال إلى تشفير أكثر أمانًا | يجب تجنب كل من فقدان الأموال وتسرب الخصوصية |
كيف يستعد Zcash
لدى Zcash عملية لترقية الشبكة
لقد غيّر Zcash تشفيره من قبل. جعل Sapling المعاملات المحمية أسهل استخدامًا. وقدمت NU5 كلًّا من Orchard وUnified Addresses وHalo 2.
وهذا مهم لأن الاستعداد لما بعد الكم ليس تصحيحًا برمجيًا من سطر واحد. بل يتطلب ترقيات منسقة للشبكة وتغييرات في المحافظ وعمليات تدقيق ووقتًا كي يهاجر المستخدمون.
وتُظهر ترقيات Zcash السابقة أن المنظومة لديها خبرة في الانتقال من التشفير الأقدم إلى تصاميم أحدث.
خفّف Halo وOrchard من الافتراضات الأقدم
يُستخدم Halo 2 في Orchard، وهو المجمع المحمي الحديث في Zcash. ومن التحسينات المهمة أن Halo أزال الحاجة إلى إعداد موثوق به لنظام برهان Orchard.
وهذا ليس الشيء نفسه الذي يعنيه الأمان ما بعد الكم. لكنه يظل ذا صلة لأنه يُظهر أن Zcash قادر على استبدال اللبنات التشفيرية الأساسية عندما تتوفر تصاميم أفضل.
يركّز ZIP 2005 على قابلية الاسترداد في مواجهة الكم
يحمل ZIP 2005 عنوان "Orchard Quantum Recoverability". وهو يقترح تغييرات تهدف إلى مساعدة مستخدمي Orchard على استرداد الأموال أو ترحيلها إذا أصبحت الهجمات الكمّية على الافتراضات الأقدم عمليةً واقعية.
وقابلية الاسترداد ليست الشيء نفسه الذي يعنيه الأمان الكامل لما بعد الكم. فهي أضيق نطاقًا لكنها ما تزال مفيدة:
- يحاول الأمان الكامل لما بعد الكم منع نجاح الهجمات الكمّية.
- تمنح قابلية الاسترداد المستخدمين الصادقين مسارًا أفضل إذا أصبح التشفير الأقدم غير آمن.
وبالنسبة إلى المبتدئين، يمكن التفكير في هذا على أنه خطة مخرج طوارئ. فهو لا يستبدل المبنى كله، لكنه يساعد الناس على مغادرة الغرفة القديمة بأمان إذا أصبح القفل القديم ضعيفًا.
يتطلع Project Tachyon إلى تحسينات بروتوكولية أكبر
Project Tachyon هو ترقية مقترحة لـ Zcash تركّز على التوسع والمزامنة ونمو الحالة. ويقول موقعه العام إن المقترح يهدف إلى تقليص المعاملات وتقليل نمو حالة المدقّقين وتحقيق خصوصية كاملة لما بعد الكم كأثر جانبي.
وبما أن Tachyon مجرد مقترح، فهو لا يزال يعتمد على العمل الهندسي والمراجعة وموافقة المجتمع قبل التفعيل. ومن الأفضل فهمه على أنه جزء من اتجاه البحث والترقية النشط في Zcash، وليس كميزة يمتلكها المستخدمون بالفعل اليوم.
الأبحاث والمعايير تتحرك
يتحرك عالم التشفير الأوسع أيضًا. إذ توفر معايير NIST لما بعد الكم لبنات أقوى للمُنفِّذين فيما يتعلق بالتوقيعات وإنشاء المفاتيح. ويواصل باحثو المعرفة الصفرية دراسة أنظمة البرهان التي يمكنها الصمود تحت افتراضات كمّية.
يمكن لـ Zcash الاستفادة من هذا العمل، لكنه لا يزال مضطرًا إلى تكييفه مع سلسلة كتل تحافظ على الخصوصية.
مناهج ترقية مستقبلية محتملة
تفويض إنفاق ما بعد الكم
قد يحتاج Zcash في النهاية إلى تفويض إنفاق لا يعتمد على أنظمة توقيع معرضة للخطر الكمّي.
وقد يستخدم ذلك توقيعات ما بعد الكم أو توقيعات هجينة أو تصميمًا آخر. ويستخدم التصميم الهجين كلًّا من الفحوصات التقليدية وفحوصات ما بعد الكم خلال فترة انتقالية، حتى لا يعتمد النظام على افتراض واحد فقط.
والتحدي هو الحجم والكلفة. فقد تكون توقيعات ما بعد الكم أكبر من توقيعات اليوم، مما يؤثر في حجم المعاملة وعرض النطاق والرسوم والمحافظ المحمولة والمحافظ الصلبة.
صيغ جديدة للعناوين والمفاتيح
غالبًا ما يتطلب التشفير الجديد مفاتيح وعناوين جديدة. وسيحتاج المستخدمون إلى مسار ترحيل واضح من الصيغ القديمة إلى صيغ أكثر أمانًا.
ويجب أن يكون الترحيل بسيطًا داخل المحافظ. إذ لا ينبغي لمعظم المستخدمين أن يضطروا إلى فهم كل تفصيل تشفيري كي يبقوا آمنين.
ترحيل يحافظ على الخصوصية
يُعد الترحيل حساسًا بشكل خاص بالنسبة إلى Zcash. فإذا نقل كثير من المستخدمين الأموال من المجمعات القديمة إلى المجمعات الجديدة بأنماط واضحة، فقد يؤدي الترحيل نفسه إلى تسرب المعلومات.
وتحتاج خطة الترحيل الجيدة إلى حماية:
- أموال المستخدمين
- خصوصية المستخدمين
- توافق المحافظ
- دعم منصات التداول
- دعم المحافظ الصلبة
- سلامة إجماع الشبكة
مراجعة نظام البرهان لما بعد الكم
لا يكفي استبدال التوقيعات. فتصميم Zcash المحمي يعتمد أيضًا على براهين المعرفة الصفرية والالتزامات.
وقد يحتاج العمل المستقبلي إلى مراجعة أو استبدال:
- افتراضات zk-SNARK
- الالتزامات متعددة الحدود
- تجزئات تحدي Fiat-Shamir
- التزامات الملاحظات
- بنية nullifier
- افتراضات شجرة Merkle
- تشفير الملاحظات وسلوك مفاتيح العرض
قد تكون بعض المكونات مقبولة مع معاملات مضبوطة. وقد تحتاج مكونات أخرى إلى تصاميم جديدة.
أمثلة للمبتدئين
المثال 1: القفل القديم
تخيل خزنةً لها قفل قوي اليوم. قد تظهر أداة جديدة تُخترع في المستقبل وتفتح ذلك القفل القديم بسرعة.
يشبه التشفير ما بعد الكم استبدال القفل بتصميم لا يُتوقع أن تكسره الأداة الجديدة.
وفي سلسلة الكتل، يكون استبدال القفل صعبًا لأن كل محفظة وعقدة ومنصة تداول وجهاز صلب يجب أن يفهم التصميم الجديد.
المثال 2: صندوق الإيصالات العام
تشبه بيانات سلسلة الكتل الشفافة وضع كل إيصال في صندوق عام إلى الأبد. وحتى إن لم يستطع أحد قراءة كل الأنماط اليوم، فقد تتعلم أدوات المستقبل المزيد لاحقًا.
يحاول Zcash المحمي تجنب نشر تلك الإيصالات من الأساس. وهذا يساعد الخصوصية على المدى الطويل، لكن القفل الذي يحمي النظام المحمي لا يزال بحاجة إلى مراجعة في ضوء مستقبل كمّي.
المثال 3: خطة الخروج
تشبه قابلية الاسترداد التخطيط لمسار خروج قبل اندلاع حريق. فأنت تأمل ألا تحتاج إليه، لكن تصميمه مبكرًا أكثر أمانًا بكثير من تصميمه أثناء الطوارئ.
ويناسب ZIP 2005 هذه الفكرة بالنسبة إلى ملاحظات Orchard.
ما الذي يمكن للمستخدمين فعله اليوم؟
لا يحتاج المستخدمون إلى الذعر. فالحواسيب الكمّية العامة الكبيرة القادرة على كسر التشفير المستخدم فعليًا في سلاسل الكتل غير متاحة اليوم.
ومع ذلك، ما تزال العادات الجيدة مفيدة:
- فضّل استخدام Zcash المحمي متى أمكن.
- تجنب إعادة استخدام العناوين.
- حافظ على تحديث المحافظ.
- تابع إعلانات ترقيات شبكة Zcash.
- راقب ZIP وإرشادات المحافظ المتعلقة بقابلية الاسترداد أو الترحيل.
- لا تفترض أن النشاط الشفاف خاص.
- لا تنقل الأموال بناءً على الشائعات؛ انتظر إرشادات واضحة من مطوري Zcash الموثوقين وفرق المحافظ.
التحديات
تُعد ترقيات ما بعد الكم صعبة بالنسبة إلى كل سلسلة كتل.
وتشمل التحديات الشائعة:
- مفاتيح وتوقيعات أكبر
- معاملات أكبر
- تكاليف تحقق أعلى
- استخدام أكبر لعرض النطاق
- عمليات تدقيق أمني جديدة
- دعم المحافظ الصلبة
- أداء المحافظ المحمولة
- تكامل منصات التداول والحفظ
- تسربات الخصوصية أثناء الترحيل
- اتفاق المجتمع على تغييرات الإجماع
وبالنسبة إلى Zcash، فإن أصعب جزء ليس فقط إبقاء العملات قابلة للإنفاق. بل إن الجزء الصعب هو إبقاء العملات قابلة للإنفاق مع الحفاظ على الخصوصية التي تجعل Zcash مختلفًا.
الملخص
قد تهدد الحواسيب الكمّية في نهاية المطاف بعض أنظمة التشفير المستخدمة في سلاسل الكتل. ويمثل التشفير ما بعد الكم الجواب طويل الأجل، لكنه يجب أن يُنشر بعناية.
ليس Zcash ما بعد الكم بالكامل اليوم. ومع ذلك، يمتلك Zcash نقاط قوة مفيدة: فالمعاملات المحمية تقلل من الانكشاف العام، وللشبكة تاريخ في الترقيات التشفيرية، كما أن الأبحاث الحالية مثل ZIP 2005 وProject Tachyon تستهدف بالفعل المخاطر الكمّية المستقبلية.
وبالنسبة إلى المبتدئين، فالفكرة الأساسية بسيطة: الخصوصية اليوم تقلل من انكشاف البيانات في المستقبل، ويمكن أن تساعد الترقيات المدروسة Zcash على التقدم نحو أمان أقوى في عصر الكم من دون التضحية بسهولة الاستخدام.
الصفحات ذات الصلة
المراجع
