التشفير ما بعد الكمّي

ما التشفير ما بعد الكمّي؟

التشفير ما بعد الكمّي هو مجال الخوارزميات التشفيرية المصممة للحفاظ على أمانها في مواجهة الهجمات التي تشنها الحواسيب التقليدية والحواسيب الكمّية المستقبلية واسعة النطاق.يكتسب التشفير ما بعد الكمّي أهمية في العملات المشفرة لأن البلوكشين يعتمد على التوقيعات الرقمية والمفاتيح العامة ودوال التجزئة والالتزامات وعناوين المحافظ والمدققين والجسور وأنظمة المعرفة الصفرية لحماية قيمة اقتصادية حقيقية.لا تزال معظم شبكات البلوكشين الكبرى تستخدم اليوم تشفير المفاتيح العامة القائم على مسائل رياضية قد يتمكن حاسوب كمّي قوي بما يكفي من حلها نظريًا.لا يتمثل القلق الرئيسي في قدرة حاسوب كمّي على سرقة العملات المشفرة اليوم، بل في أن عمليات الانتقال التشفيري تستغرق سنوات، وأن ترقية شبكات البلوكشين تصبح صعبة بعد اعتماد كميات كبيرة من القيمة والمحافظ والعقود الذكية والبنية التحتية على افتراضات قديمة.

يوضح إعلان NIST بشأن معايير التشفير ما بعد الكمّي النهائية أن أول 3 معايير نهائية تشمل ML-KEM لتغليف المفاتيح، وML-DSA للتوقيعات الرقمية، وSLH-DSA للتوقيعات الرقمية.

أبسط طريقة لفهم التشفير ما بعد الكمّي لمستخدمي العملات المشفرة هي اعتباره مسار ترقية الأمان للمحافظ والتوقيعات والبروتوكولات والشبكات، قبل أن تصبح الحواسيب الكمّية قوية بما يكفي لمهاجمة أنظمة المفاتيح العامة الحالية.

لماذا تهدد الحواسيب الكمّية العملات المشفرة؟

تستخدم الحواسيب الكمّية تأثيرات ميكانيكا الكم لمعالجة المعلومات بطريقة تختلف عن الحواسيب التقليدية.يمكن لحاسوب كمّي كبير ومصحح للأخطاء تشغيل خوارزميات تضعف أو تكسر عدة أنظمة تشفير بالمفاتيح العامة مستخدمة عبر الإنترنت وشبكات العملات المشفرة.أشهر مثال على ذلك خوارزمية Shor، التي يمكنها نظريًا كسر التشفير القائم على تحليل الأعداد إلى عواملها واللوغاريتمات المنفصلة.يكتسب ذلك أهمية لأن RSA وECDSA وتوقيعات Schnorr وتوقيعات BLS ونظائر المنحنيات الإهليلجية تعتمد على مسائل رياضية يُعتقد أنها صعبة على الحواسيب التقليدية، لكنها عرضة لهجمات الحواسيب الكمّية القوية بما يكفي.تستخدم Bitcoin والعديد من أنظمة العملات المشفرة الأخرى توقيعات المنحنيات الإهليلجية لإثبات أن مالك المحفظة قد أذن بالمعاملة.

توضح وثائق المعاملات في دليل مطوري Bitcoin أن Bitcoin تستخدم ECDSA مع منحنى secp256k1 للتوقيعات التقليدية.

تستخدم Ethereum أيضًا تشفير المنحنيات الإهليلجية في توقيعات الحسابات، وتستخدم توقيعات BLS في طبقة الإجماع.

يوضح خارطة طريق Ethereum لمقاومة الحوسبة الكمّية أن توقيعات حسابات Ethereum وتوقيعات BLS في طبقة الإجماع والتزامات KZG وبعض أنظمة الإثبات في طبقة التطبيقات تحتاج إلى تخطيط لما بعد الكمّ.

ظهر التشفير ما بعد الكمّي لأن هذه الأنظمة يجب استبدالها أو إحاطتها بطبقات حماية أو ترقيتها قبل أن تصبح الهجمات الكمّية عملية.

التشفير ما بعد الكمّي مقابل التشفير الكمّي

التشفير ما بعد الكمّي ليس هو التشفير الكمّي.يشير التشفير ما بعد الكمّي عادةً إلى خوارزميات برمجية تقليدية تعمل على الحواسيب العادية، لكنها مصممة لمقاومة الهجمات الكمّية.أما التشفير الكمّي فيشير عادةً إلى أنظمة أمان تستخدم فيزياء الكم مباشرة، مثل توزيع المفاتيح الكمّي.يكتسب هذا الاختلاف أهمية في العملات المشفرة لأن شبكات البلوكشين تحتاج إلى أمان يعمل على المحافظ والعُقد والعقود الذكية والمدققين ومحافظ الأجهزة والهواتف المحمولة والخوادم والمتصفحات.تركز معظم نقاشات ترقية البلوكشين على التشفير ما بعد الكمّي، إذ يمكن تطبيقه برمجيًا ودمجه في الأنظمة الرقمية القائمة بصورة أكثر واقعية من استخدام أجهزة اتصالات كمّية.لا تحتاج المحفظة المتوافقة مع التشفير ما بعد الكمّي إلى حاسوب كمّي كي تعمل.بل تستخدم مخططات توقيع جديدة يُعتقد أنها ستظل آمنة حتى إذا امتلك المهاجمون مستقبلًا حواسيب كمّية قوية.بالنسبة إلى مستخدمي البلوكشين، يمثل التشفير ما بعد الكمّي مسار الانتقال العملي، بينما يشكل التشفير الكمّي مجالًا منفصلًا بمتطلبات بنية تحتية مختلفة.

كيف يعمل التشفير ما بعد الكمّي؟

يعمل التشفير ما بعد الكمّي عبر استبدال الافتراضات الرياضية المعرضة للخطر بمسائل يُعتقد أنها تقاوم الهجمات التقليدية والكمّية على حد سواء.تعتمد بعض أنظمة التشفير ما بعد الكمّي على الشبكات الرياضية (Lattices).ويعتمد بعضها على دوال التجزئة.ويعتمد بعضها على شفرات تصحيح الأخطاء.ويعتمد بعضها على معادلات متعددة المتغيرات أو بنيات رياضية أخرى.تركز أول معايير NIST النهائية لما بعد الكمّ أساسًا على النهج القائم على الشبكات الرياضية والنهج القائم على دوال التجزئة.ML-KEM آلية لتغليف المفاتيح قائمة على الشبكات الرياضية، وتُستخدم لإنشاء أسرار مشتركة.ML-DSA خوارزمية توقيع رقمي قائمة على الشبكات الرياضية، ومشتقة من CRYSTALS-Dilithium.SLH-DSA خوارزمية توقيع رقمي قائمة على دوال التجزئة ولا تعتمد على الحالة، ومشتقة من SPHINCS+.لا تجعل هذه الخوارزميات المعاملات خاصة تلقائيًا، ولا تجعل البلوكشين أسرع تلقائيًا.يتمثل غرضها الرئيسي في الحفاظ على المصادقة وسلامة البيانات وأمان المفاتيح في مستقبل قد يوجد فيه مهاجمون يمتلكون حواسيب كمّية.

أهمية التشفير ما بعد الكمّي للمحافظ

تعتمد محافظ العملات المشفرة على المفاتيح الخاصة والتوقيعات الرقمية لتفويض المعاملات.يتيح المفتاح الخاص للمستخدم إنشاء توقيع، بينما يتيح المفتاح العام للشبكة التحقق من صحة هذا التوقيع.إذا تمكن حاسوب كمّي مستقبلي من اشتقاق مفتاح خاص من مفتاح عام مكشوف، فقد تصبح الأموال التي يتحكم بها ذلك المفتاح معرضة للخطر.وهذا مهم خصوصًا للحسابات أو المخرجات التي كُشفت مفاتيحها العامة بالفعل على السلسلة.في كثير من شبكات البلوكشين، يصبح المفتاح العام مرئيًا عندما ينفق المستخدم من عنوان أو يرسل معاملة.قد يخفي العنوان المجزأ المفتاح العام إلى حين إجراء أول إنفاق، لكن بعد كشف المفتاح العام يعتمد الأمان مباشرة على مخطط التوقيع.يتيح انتقال المحافظ إلى التشفير ما بعد الكمّي للمستخدمين نقل الأموال من مخططات التوقيع المعرضة للهجمات الكمّية إلى مخططات مقاومة لها.قد يشمل هذا الانتقال تنسيقات عناوين جديدة أو برامج محافظ جديدة أو برامج ثابتة جديدة لمحافظ الأجهزة أو محافظ العقود الذكية أو تجريد الحسابات أو ترقيات البروتوكول.ينبغي للمستخدمين عدم محاولة إجراء انتقالات غير رسمية أو متسرعة من دون دعم موثوق من المحافظ، لأن أدوات الحماية الكمّية المزيفة قد تتحول إلى وسائل للتصيد الاحتيالي.سيكون الانتقال الأكثر أمانًا هو المدعوم من الشبكة ومطوري المحافظ وباحثي الأمن، والمصحوب بإرشادات واضحة من المجتمع.

أهمية التشفير ما بعد الكمّي لـBitcoin

يعتمد أمان Bitcoin بدرجة كبيرة على التوقيعات الرقمية وإثبات العمل ودوال التجزئة والتحقق اللامركزي.لا يتعلق القلق الرئيسي بشأن التشفير ما بعد الكمّي في Bitcoin بإثبات العمل، بل بأنظمة التوقيع المستخدمة لتفويض الإنفاق.تستخدم معاملات Bitcoin التقليدية ECDSA، بينما تستخدم معاملات Taproot الأحدث توقيعات بأسلوب Schnorr.يعتمد كلاهما على افتراضات المنحنيات الإهليلجية، وهي افتراضات عرضة نظريًا لحاسوب كمّي قوي بما يكفي.تُعد دوال التجزئة المستخدمة في Bitcoin أقل عرضة للخطر من توقيعات المنحنيات الإهليلجية، لأن الهجمات الكمّية المعروفة على دوال التجزئة توفر تسريعًا أضعف من التسريع الذي توفره خوارزمية Shor ضد اللوغاريتمات المنفصلة.وهذا يعني أن تحدي انتقال Bitcoin يتعلق في معظمه بالتوقيعات والمحافظ وإعادة استخدام العناوين والمفاتيح العامة المكشوفة والمخرجات القديمة ودعم محافظ الأجهزة وحجم المعاملات وقواعد الإجماع.يحتاج تحديث Bitcoin إلى التشفير ما بعد الكمّي إلى تصميم مدروس، لأن التوقيعات الأكبر قد تزيد حجم المعاملات وتؤثر في الرسوم ومساحة الكتل وسلوك مجمع المعاملات وتكاليف التحقق لدى العُقد.كما يحتاج إلى خطة انتقال للمستخدمين الذين يحتفظون بالعملات في عناوين قديمة، بما في ذلك المحافظ الخاملة التي قد لا يعود أصحابها أبدًا.تتمثل قوة Bitcoin في نهجها المحافظ تجاه الأمان، لكن هذا يعني أيضًا أن التغييرات التشفيرية الكبرى تتطلب إجماعًا واسعًا واختبارات دقيقة.لذلك يمثل التشفير ما بعد الكمّي تحديًا طويل الأجل للحوكمة والهندسة في Bitcoin، وليس مجرد مسألة رياضية.

أهمية التشفير ما بعد الكمّي لـEthereum

يتجاوز تحدي Ethereum في مجال التشفير ما بعد الكمّي توقيعات المحافظ البسيطة.تستخدم Ethereum توقيعات الحسابات لمعاملات المستخدمين، وتوقيعات BLS لإجماع المدققين، والتزامات KZG لتوافر البيانات، وأنظمة إثبات متعددة في التطبيقات وعمليات التجميع.توضح خارطة طريق Ethereum العامة أن توقيعات الحسابات وتوقيعات BLS في طبقة الإجماع والتزامات توافر البيانات وأنظمة المعرفة الصفرية في طبقة التطبيقات كلها تتطلب اهتمامًا بما بعد الكمّ.وهذا يجعل انتقال Ethereum معقدًا، لأن أجزاء البروتوكول المختلفة تستخدم بدائيات تشفيرية مختلفة لأغراض متعددة.قد يكون استبدال توقيعات الحسابات أسهل إذا أتاحت محافظ العقود الذكية وتجريد الحسابات للمستخدمين اعتماد مخططات توقيع جديدة تدريجيًا.أما استبدال توقيعات BLS فأصعب، لأن تجميع BLS يسمح بدمج توقيعات العديد من المدققين بكفاءة.تكون المفاتيح والتوقيعات في كثير من مخططات التوقيع ما بعد الكمّي أكبر حجمًا، ما قد يسبب تحديات في عرض النطاق الترددي والتخزين والتحقق.وقد يتطلب استبدال التزامات KZG أيضًا مخططات التزام جديدة تدعم خارطة طريق Ethereum للتوسع من دون الاعتماد على نظائر معرضة للهجمات الكمّية.يوضح عمل Ethereum في مجال التشفير ما بعد الكمّي حاجة شبكات البلوكشين إلى المرونة التشفيرية، أي القدرة على تغيير البدائيات من دون الإضرار بالنظام البيئي بأكمله.والدرس الأهم للمستخدمين هو أن الانتقال إلى التشفير ما بعد الكمّي عملية تشمل الشبكة بأكملها، بما فيها المحافظ والمدققون وعمليات التجميع والمطورون والحوكمة.

معايير NIST للتشفير ما بعد الكمّي

تُعد عملية NIST لتوحيد معايير التشفير ما بعد الكمّي من أهم المراجع لصناعة العملات المشفرة.توفر المعايير النهائية للمطورين أساسًا خضع للتقييم، بدلًا من اضطرار كل مشروع إلى ابتكار تشفيره الخاص.

يحدد FIPS 203 خوارزمية ML-KEM، المخصصة لتغليف المفاتيح وإنشاء الأسرار المشتركة.

ويحدد FIPS 204 خوارزمية ML-DSA، وهي معيار للتوقيع الرقمي قائم على الشبكات الرياضية.

ويحدد FIPS 205 خوارزمية SLH-DSA، وهي معيار للتوقيع الرقمي قائم على دوال التجزئة ولا يعتمد على الحالة.

كما ناقشت NIST خيارات إضافية للتوقيع، مثل معيار مشتق من FALCON، يُتوقع أن يُعرف باسم FN-DSA.تكتسب معايير التوقيع أهمية خاصة لأن تفويض معاملات أنظمة البلوكشين يعتمد على التوقيعات.أما معايير تغليف المفاتيح فتتصل أكثر بالاتصالات المشفرة ونسخ المحافظ الاحتياطية وشبكات المدققين والرسائل الآمنة والبنية التحتية خارج السلسلة.لا يؤدي استخدام خوارزميات موحدة تلقائيًا إلى جعل البلوكشين مقاومًا للهجمات الكمّية، إذ يظل دمجها في البروتوكول وأمان تنفيذها واختيار معلماتها وتصميم الانتقال عوامل مهمة.ومع ذلك، تمنح معايير NIST مطوري العملات المشفرة نقطة انطلاق جادة للتخطيط للأمان ما بعد الكمّي.

التوقيعات ما بعد الكمّية

التوقيعات ما بعد الكمّية هي مخططات توقيع رقمي مصممة للحفاظ على أمانها في مواجهة الهجمات الكمّية.وهي أهم بدائية ما بعد كمّية لمعظم شبكات البلوكشين العامة، لأن التوقيعات تتحكم في نقل الأصول.يثبت توقيع المعاملة أن مالك المحفظة قد أذن بتحويل أو تفاعل مع عقد ذكي أو إجراء تخزين أو تصويت حوكمة أو رسالة من مدقق.إذا فشل مخطط التوقيع، فشل نموذج الملكية.ML-DSA وSLH-DSA معياران رئيسيان للتوقيعات ما بعد الكمّية.صُممت ML-DSA عمومًا لتحقيق الكفاءة والنشر العملي، في حين تعتمد SLH-DSA على دوال التجزئة وتوفر أساسًا أمنيًا مختلفًا.تُعد التوقيعات القائمة على دوال التجزئة جذابة لأن دوال التجزئة خضعت لدراسات مستفيضة، ويُعتقد أنها أكثر مقاومة للهجمات الكمّية من افتراضات المنحنيات الإهليلجية.يكمن التحدي في أن التوقيعات ما بعد الكمّية قد تكون أكبر من التوقيعات المدمجة المستخدمة اليوم.وقد تزيد التوقيعات الأكبر حجم المعاملات وتكاليف التخزين ومتطلبات النطاق الترددي وتكاليف الغاز وحمل التحقق من الكتل.يجب أن تكون التوقيعات ما بعد الكمّية آمنة وعملية أيضًا على نطاق شبكة عالمية.

تغليف المفاتيح ما بعد الكمّي

تغليف المفاتيح أسلوب يتيح لطرفين الاتفاق على سر مشترك عبر قناة غير آمنة.يُستخدم تبادل المفاتيح في أمن الإنترنت التقليدي ضمن بروتوكولات مثل TLS لحماية الاتصالات المشفرة.في العملات المشفرة، قد يكون تغليف المفاتيح مهمًا للرسائل المشفرة بين المحافظ وشبكات المدققين واتصالات العملاء الخفيفين والنسخ الاحتياطية الآمنة وعمليات الحفظ والحوسبة متعددة الأطراف والتنسيق خارج السلسلة.ML-KEM هي آلية تغليف المفاتيح ما بعد الكمّية التي اعتمدتها NIST معيارًا.وهي لا تستبدل توقيعات معاملات البلوكشين مباشرةً، لأنها ليست مخطط توقيع.بل تساعد على حماية الاتصالات والأسرار المشتركة من المهاجمين الكمّيين مستقبلًا.يكتسب هذا التمييز أهمية لأن البلوكشين قد يحتاج إلى توقيعات ما بعد كمّية وإلى آلية ما بعد كمّية لإنشاء المفاتيح.قد تستخدم المحفظة توقيعًا ما بعد كمّي لتفويض معاملة، وآلية تغليف مفاتيح ما بعد كمّية لتشفير بيانات النسخ الاحتياطية أو الاتصالات.ينبغي للمطورين عدم الخلط بين هذه الأدوار، لأن التشفير والتوقيعات والالتزامات والتجزئة تحل مشكلات أمنية مختلفة.يستخدم التصميم الجيد لما بعد الكمّ البدائية المناسبة لكل مهمة.

دوال التجزئة ومقاومة الهجمات الكمّية

تُستخدم دوال التجزئة على نطاق واسع في العملات المشفرة للعناوين وأشجار Merkle ورؤوس الكتل والالتزامات وأنظمة الإثبات والتعدين وسلامة البيانات.يمكن للخوارزميات الكمّية المعروفة تسريع هجمات القوة الغاشمة على دوال التجزئة، لكنها لا تكسر دوال التجزئة القوية بالقدر نفسه الذي تكسر به خوارزمية Shor أنظمة المفاتيح العامة المعرضة للخطر.يمكن لخوارزمية Grover تسريع البحث تربيعيًا، ما يعني أن استخدام أحجام تجزئة أكبر قد يساعد في الحفاظ على هوامش الأمان.لذلك كثيرًا ما تُناقش التوقيعات القائمة على دوال التجزئة وأنظمة الإثبات بأسلوب STARK في أبحاث البلوكشين ما بعد الكمّية.قد تكون الأنظمة القائمة على دوال التجزئة أكبر حجمًا أو أقل ملاءمة في بعض الحالات، لكن افتراضاتها الأمنية أبسط وأكثر تحفظًا.كما يسهل الحفاظ على دوال التجزئة في شبكات البلوكشين، لأن كثيرًا منها يستخدم بالفعل دوال تجزئة قوية في أنحاء بنيته.عادةً ما يتمثل التحدي الأكبر في توقيعات المفاتيح العامة والبنى القائمة على الاقترانات.ينبغي للمستخدمين عدم افتراض أن الحواسيب الكمّية تجعل كل أنواع التشفير عديمة الفائدة.فهي تهدد بعض البدائيات بدرجة أكبر من غيرها.يبدأ التخطيط لما بعد الكمّ بتحديد أجزاء النظام المعرضة للخطر فعلًا.

التشفير ما بعد الكمّي وإثباتات المعرفة الصفرية

تزداد أهمية إثباتات المعرفة الصفرية في العملات المشفرة، إذ تدعم عمليات التجميع وأنظمة الخصوصية والتوسع والهوية والحوسبة القابلة للتحقق.تعتمد بعض أنظمة إثبات المعرفة الصفرية على المنحنيات الإهليلجية والاقترانات، وقد تكون عرضة للهجمات الكمّية.أما أنظمة أخرى، مثل أنظمة الإثبات القائمة على STARK، فتعتمد بدرجة أكبر على دوال التجزئة، وغالبًا ما توصف بأنها أكثر مقاومة للهجمات الكمّية.يكتسب هذا الاختلاف أهمية لعمليات التجميع، لأن نظام الإثبات يؤثر في الأمان طويل الأجل للتحقق من المعاملات.قد تحتاج عملية التجميع التي تعتمد على افتراضات معرضة للهجمات الكمّية إلى الانتقال مستقبلًا إلى نظام إثبات آخر.وقد تتمتع عملية التجميع التي تستخدم أنظمة إثبات قائمة على دوال التجزئة بأساس أقوى بالفعل لما بعد الكمّ، مع أنها لا تزال تتطلب تنفيذًا دقيقًا واختيارًا مدروسًا للمعلمات.يؤثر تصميم المعرفة الصفرية ما بعد الكمّي أيضًا في حجم الإثبات وتكلفة التحقق وتكلفة إنشاء الإثبات وتوافر البيانات.ينبغي للمطورين عدم التعامل مع أنظمة الإثبات ما بعد الكمّية على أنها مجرد استبدال بسيط، لأن المفاضلات في الأداء قد تؤثر في المستخدمين الفعليين.في توسيع نطاق البلوكشين، لا يقتصر دور التشفير على الأمان، بل يشمل التكلفة ومعدل المعالجة أيضًا.يجب أن يحمي نظام الإثبات ما بعد الكمّي الشبكة من دون أن يجعل استخدامها غير عملي.

التشفير ما بعد الكمّي وDeFi

تعتمد بروتوكولات DeFi على توقيعات المحافظ وأذونات العقود الذكية ومفاتيح الحوكمة وتحديثات أوراكل والجسور ومرحلات الرسائل والتوقيعات المتعددة، وأحيانًا أنظمة المعرفة الصفرية.إذا تمكن مهاجم كمّي مستقبلًا من سرقة المفاتيح أو تزوير التوقيعات، فقد تواجه بروتوكولات DeFi مخاطر جسيمة.قد تكون مفاتيح الإدارة وموقّعو التوقيعات المتعددة ومدققو الجسور ومشغلو أوراكل ومحافظ الخزائن شديدة الحساسية خصوصًا، لأنها قد تتحكم بقيمة كبيرة.يتطلب انتقال DeFi إلى التشفير ما بعد الكمّي حماية حسابات المستخدمين والحسابات التي تتحكم بها البروتوكولات على حد سواء.قد تحتاج العقود الذكية إلى دعم أساليب جديدة للتحقق من التوقيعات.وقد تحتاج أنظمة الحوكمة إلى توقيعات تصويت أو نماذج حسابات جديدة.وقد تحتاج أوراكل إلى موجزات بيانات موثقة ومتوافقة مع التشفير ما بعد الكمّي.وقد تحتاج الجسور إلى توقيعات مدققين مقاومة للهجمات الكمّية وآليات للتحقق من الإثباتات.وقد يحتاج مصدرو العملات المستقرة وبروتوكولات الإقراض ومنصات المشتقات ومديرو الأصول إلى بنية تحتية للحفظ متوافقة مع التشفير ما بعد الكمّي.أكبر تحدٍ تواجهه DeFi في هذا المجال هو التنسيق، لأن كثيرًا من العقود غير قابل للتغيير، وكثيرًا من الأصول قابل للتركيب، وتعتمد بروتوكولات عديدة بعضها على بعض.

التشفير ما بعد الكمّي والجسور

تُعد جسور البلوكشين أنظمة عالية المخاطر لأنها تتحقق غالبًا من التوقيعات أو رسائل المدققين أو إثباتات العملاء الخفيفين أو ادعاءات الحالة الخارجية.إذا استخدم مدققو الجسر توقيعات معرضة للهجمات الكمّية، فقد يتمكن مهاجم كمّي مستقبلًا نظريًا من تزوير الرسائل بعد كشف المفاتيح العامة وعندما يصبح الهجوم عمليًا.قد يهدد ذلك الأصول المغلفة والودائع العابرة للسلاسل والأصول المحتجزة لدى الجسور والرسائل العابرة للسلاسل.قد يتطلب أمان الجسور ما بعد الكمّي مفاتيح جديدة للمدققين وتجميعًا جديدًا للتوقيعات وإثباتات أكبر وعملاء خفيفين محدثين ومنطقًا جديدًا للتحقق في العقود الذكية.وتواجه الجسور أيضًا مشكلة احتمال حاجة كلتا الشبكتين المتصلتين إلى ترقيات متوافقة.فالجسر لا يكون أقوى من أضعف اعتماد تشفيري فيه.إذا انتقلت إحدى الشبكات إلى توقيعات ما بعد كمّية، بينما ظل الجسر يثق بتوقيعات قديمة من شبكة أخرى، فقد يستمر الخطر.وهذا يجعل الانتقال ما بعد الكمّي عبر السلاسل معقدًا على نحو خاص.ينبغي لمستخدمي الجسور أن يدركوا أن أمان الجسر لا يعتمد على عقد التوكن المغلف وحده.بل يعتمد أيضًا على الافتراضات التشفيرية التي يقوم عليها نظام التحقق.

التشفير ما بعد الكمّي ومحافظ الأجهزة

تكتسب محافظ الأجهزة أهمية لأنها تحمي المفاتيح الخاصة في أجهزة مخصصة.من المرجح أن يتطلب الانتقال إلى التشفير ما بعد الكمّي دعم محافظ الأجهزة لخوارزميات جديدة ومفاتيح وتوقيعات أكبر وتنسيقات عناوين محدثة وشاشات عرض أكثر تعقيدًا للمعاملات.قد يتطلب ذلك تحديثات للبرامج الثابتة أو أجهزة جديدة، بحسب قيود الذاكرة وقدرة المعالجة والتخزين وشرائح الأمان.قد تكون بعض توقيعات ما بعد الكمّ أكبر بكثير من التوقيعات الحالية، ما قد يؤثر في سرعة التوقيع وتوافق الأجهزة.ينبغي للمستخدمين عدم افتراض أن كل محفظة أجهزة قديمة ستدعم جميع مخططات ما بعد الكمّ المستقبلية.سيتعين على موردي المحافظ اختبار عمليات التنفيذ بعناية، لأن تنفيذًا معيبًا للتشفير ما بعد الكمّي قد يكون أسوأ من عدم الانتقال إليه.تحتاج محافظ الأجهزة أيضًا إلى توليد قوي للأرقام العشوائية وتحديثات آمنة للبرامج الثابتة وتنبيهات واضحة للمستخدمين.ينبغي عدم التسرع في إضافة دعم ما بعد الكمّ عبر برامج ثابتة غير رسمية أو أدوات مجهولة.ينبغي للمستخدمين انتظار تعليمات انتقال مجرّبة يقدمها مطورو المحافظ الموثوقون ومجتمعات الشبكات.يظل تأمين عبارات الاسترداد مهمًا، لأن التوقيعات ما بعد الكمّية لا تحمي المستخدمين من التصيد الاحتيالي أو السرقة المادية.

التشفير ما بعد الكمّي وتجريد الحسابات

يمكن لتجريد الحسابات أن يساعد شبكات البلوكشين على اكتساب مرونة تشفيرية أكبر.فبدلًا من فرض مخطط توقيع مدمج واحد على كل حساب مستخدم إلى الأبد، يمكن لتجريد الحسابات أن يتيح لمحافظ العقود الذكية تحديد منطق التحقق الخاص بها.وهذا قد يسهل إضافة توقيعات ما بعد كمّية وتوقيعات هجينة وقواعد التوقيعات المتعددة والاسترداد الاجتماعي وحدود الإنفاق ومسارات الترقية.وتناقش خارطة طريق Ethereum لما بعد الكمّ تجريد الحسابات تحديدًا بوصفه مسارًا عمليًا يسمح للحسابات باعتماد توقيعات آمنة كمّيًا بمرور الوقت.يكتسب ذلك أهمية لأن التحول الشامل والفوري من مخطط توقيع إلى آخر سيكون صعبًا ومحفوفًا بالمخاطر.يتيح الانتقال التدريجي للمتبنين الأوائل وأمناء الحفظ والبروتوكولات والمستخدمين ذوي الأصول الكبيرة التحول أولًا.وبمرور الوقت، قد ترشد برامج المحافظ المستخدمين العاديين إلى حسابات آمنة كمّيًا.لكن تجريد الحسابات يتطلب أيضًا عناية بأمان العقود الذكية، لأن منطق المحفظة يصبح قابلًا للبرمجة.يجب أن تكون المحفظة الذكية ما بعد الكمّية آمنة في مواجهة الهجمات الكمّية وأخطاء العقود الذكية العادية على حد سواء.لا تكون المرونة التشفيرية مفيدة إلا إذا كان التنفيذ آمنًا.

التشفير الهجين

يجمع التشفير الهجين بين التشفير التقليدي والتشفير ما بعد الكمّي خلال فترة انتقالية.على سبيل المثال، قد يشترط النظام توقيع ECDSA وتوقيعًا ما بعد كمّي معًا للمعاملة أو تحديث الحساب ذاته.الهدف هو تجنب الاعتماد الكامل على خوارزمية أحدث قبل أن تكتسب سجلًا طويلًا من الاستخدام الفعلي.ويمكن للتصميمات الهجينة أيضًا الحماية من نوعين من عدم اليقين.إذا ظل التشفير التقليدي آمنًا مدة أطول من المتوقع، يستمر النظام في العمل.وإذا تسارع التقدم الكمّي، توفر طبقة ما بعد الكمّ حماية إضافية.أما الجانب السلبي فهو أن المخططات الهجينة قد تزيد حجم المعاملات وتكلفة التحقق وتعقيد الاستخدام ومخاطر التنفيذ.تكتسب هذه التكاليف أهمية في شبكات البلوكشين، لأن كل بايت إضافي وخطوة تحقق قد يؤثران في الرسوم وأداء الشبكة.قد يكون الانتقال الهجين مفيدًا للحسابات ذات القيمة العالية والمدققين والجسور والخزائن قبل اكتمال انتقال الشبكة بأكملها.ينبغي أن يكون التصميم الهجين الجيد بسيطًا بما يكفي ليستخدمه المستخدمون والمحافظ على نحو صحيح.

تحديات الانتقال

يصعب الانتقال إلى التشفير ما بعد الكمّي لأن شبكات البلوكشين عامة ودائمة ولامركزية.قد تظل المفاتيح العامة والتوقيعات القديمة ظاهرة على السلسلة إلى الأبد.قد لا تُرقّى المحافظ الخاملة أبدًا لأن أصحابها قد يكونون مفقودين أو غير نشطين أو متوفين أو غير مدركين أو عاجزين عن الوصول إلى المفاتيح.قد تكون بعض العقود الذكية غير قابلة للتغيير، فلا يمكنها إضافة منطق جديد للتحقق من التوقيعات.قد يتحرك أمناء الحفظ والمنصات والمحافظ والجسور وبروتوكولات DeFi والمدققون ومزودو البنية التحتية بسرعات مختلفة.قد يزداد حجم المعاملات إذا كانت توقيعات ما بعد الكمّ أكبر.وقد ترتفع تكاليف الغاز ومساحة الكتل إذا أصبحت عملية التحقق أثقل.قد تحتاج العُقد إلى برامج محدثة وافتراضات جديدة بشأن الأجهزة.وقد يحتاج المطورون إلى سنوات من عمليات التدقيق وشبكات الاختبار والتحليل الرسمي وتوعية المستخدمين.لذلك يشبه الانتقال إلى التشفير ما بعد الكمّي ترقية بنية تحتية مدنية أكثر من كونه تحديثًا برمجيًا عاديًا.

اجمع الآن، وفك التشفير لاحقًا

«اجمع الآن، وفك التشفير لاحقًا» نموذج هجوم يجمع فيه المهاجمون بيانات مشفرة أو مواد مفاتيح عامة اليوم، ثم يحاولون كسرها لاحقًا عندما تصبح الحواسيب الكمّية أقوى.قد ينطبق ذلك في العملات المشفرة بطرق مختلفة تبعًا للأصل والبروتوكول.قد تُجمع اليوم نسخ المحافظ الاحتياطية المشفرة أو الرسائل الخاصة أو سجلات الحفظ أو الاتصالات خارج السلسلة، إذا كانت محمية فقط بتبادل مفاتيح معرض للهجمات الكمّية.وقد تنشأ مخاطر مستقبلية أيضًا من المفاتيح العامة على السلسلة التي كُشفت بالفعل، عندما يستطيع مهاجم كمّي اشتقاق المفاتيح الخاصة بسرعة كافية.لهذا يبدأ التخطيط لما بعد الكمّ قبل أن تصبح الحواسيب الكمّية جاهزة.قد يفوت الأوان إذا انتظرنا إلى أن يصبح الهجوم العملي ممكنًا، لأن المهاجمين ربما جمعوا بالفعل بيانات مفيدة.أما السلوك العملي الأقرب للمستخدمين العاديين للعملات المشفرة، فيتمثل في تجنب إعادة استخدام العناوين حيثما كان ذلك مناسبًا، واستخدام محافظ موثوقة، وتأمين النسخ الاحتياطية، واتباع إرشادات الانتقال الرسمية عند توفرها.ينبغي للمستخدمين عدم الهلع، لكن عليهم فهم سبب استعداد النظام البيئي مبكرًا.يجب أن تخطط الأنظمة المالية طويلة الأمد للتهديدات قبل أن تصبح نشطة.وتُعد العملات المشفرة أنظمة طويلة الأمد إذا كان المستخدمون يتوقعون بقاء الأصول آمنة لعقود.

فوائد التشفير ما بعد الكمّي

الفائدة الأولى للتشفير ما بعد الكمّي هي توفير حماية طويلة الأمد من الهجمات الكمّية المستقبلية.والفائدة الثانية هي المرونة التشفيرية، إذ يقل اعتماد الشبكات المستعدة للانتقال على بدائية قديمة واحدة.والفائدة الثالثة هي تعزيز ثقة المؤسسات، لأن حاملي الأصول على المدى الطويل وأمناء الحفظ والخزائن ومزودي البنية التحتية يحتاجون إلى افتراضات أمنية تدوم.والفائدة الرابعة هي تحسين تصميم المحافظ، إذ قد يشجع الانتقال على تطوير محافظ ذكية وترقيات للتوقيعات المتعددة ونماذج أكثر أمانًا لاسترداد الحسابات.والفائدة الخامسة هي تعزيز أبحاث البروتوكولات، لأن العمل على التشفير ما بعد الكمّي يدفع المطورين إلى تحديد كل اعتماد تشفيري في الشبكة.والفائدة السادسة هي تحسين التوافق بين القطاعات، إذ توفر معايير NIST خوارزميات مشتركة لمطوري العملات المشفرة لدراستها وتطبيقها.والفائدة السابعة هي رفع الوعي بالمخاطر، إذ يتعلم المستخدمون أن أمان البلوكشين يعتمد على أكثر من سعر السوق وعرض التوكنات.لا يحقق التشفير ما بعد الكمّي ربحًا بحد ذاته.بل يحمي قدرة أنظمة العملات المشفرة على مواصلة العمل بأمان في بيئة حوسبة مستقبلية.وهذا يجعله أساسًا للملكية الرقمية طويلة الأمد.

قيود التشفير ما بعد الكمّي

القيد الأول هو أن مفاتيح خوارزميات ما بعد الكمّ أو توقيعاتها أو نصوصها المشفرة أو إثباتاتها قد تكون أكبر من نظيراتها في الخوارزميات التقليدية.والقيد الثاني هو أن البيانات الأكبر قد تزيد رسوم المعاملات ومتطلبات التخزين والنطاق الترددي وتكاليف التحقق.والقيد الثالث هو أن عمليات التنفيذ الجديدة قد تؤدي إلى أخطاء أو تسريبات عبر القنوات الجانبية أو مشكلات توافق مع المحافظ.والقيد الرابع هو أن توحيد المعايير لا يحل تلقائيًا مشكلة حوكمة البلوكشين.والقيد الخامس هو أن خوارزميات ما بعد الكمّ ليست جميعها مناسبة لكل حالات استخدام البلوكشين.والقيد السادس هو احتمال أن يخلّف الانتقال محافظ غير نشطة وعقودًا قديمة.والقيد السابع هو أن التشفير ما بعد الكمّي لا يمنع التصيد الاحتيالي أو سرقة عبارة الاسترداد أو الموافقات الخبيثة أو المحافظ المزيفة أو استغلال العقود الذكية.والقيد الثامن هو احتمال تطور خيارات الخوارزميات مع تقدم الأبحاث.يجب على فرق الأمان الموازنة بين الاستعجال والحذر، لأن استبدال التشفير الذي خضع لاختبارات طويلة بسرعة كبيرة قد ينشئ مخاطر جديدة.التشفير ما بعد الكمّي ضروري للأمان طويل الأمد، لكن يجب دمجه بعناية.

أفضل الممارسات لمستخدمي العملات المشفرة

لا داعي للهلع، إذ لا توجد أدلة علنية على قدرة الحواسيب الكمّية الحالية على سرقة أموال البلوكشين العادية على نطاق واسع.تجنب إعادة استخدام العناوين إذا كان نموذج البلوكشين والمحفظة لديك يتيح ذلك.استخدم محافظ موثوقة تتلقى تحديثات أمنية وتوضح خطط الانتقال بجلاء.حدّث البرامج الثابتة لمحفظة الأجهزة عبر القنوات الرسمية فقط.لا تُدخل عبارة الاسترداد أبدًا في موقع يدّعي توفير حماية كمّية.توخّ الحذر من التوكنات أو المحافظ أو الخدمات التي تستخدم وصف «آمن كمّيًا» من دون وثائق تقنية.اتبع إرشادات الشبكات والمحافظ الرسمية عند توفر أدوات الانتقال إلى التشفير ما بعد الكمّي.فكّر في نقل الأموال ذات القيمة العالية بعيدًا عن العناوين القديمة ذات المفاتيح المكشوفة عندما تتوفر مسارات انتقال موثوقة.أمّن النسخ الاحتياطية، لأن التشفير ما بعد الكمّي لا يستعيد المفاتيح المفقودة.تذكّر أن مخاطر الاحتيال أكثر إلحاحًا لمعظم المستخدمين من المخاطر الكمّية اليوم.

أفضل الممارسات للمطورين والبروتوكولات

ينبغي للمطورين حصر كل بدائية تشفيرية يستخدمها البروتوكول.وعليهم تحديد الأجزاء التي تعتمد على المنحنيات الإهليلجية أو الاقترانات أو RSA أو BLS أو ECDSA أو Schnorr أو KZG أو غيرها من الافتراضات المعرضة للهجمات الكمّية.ينبغي لهم تقييم الخوارزميات الموحدة من NIST قبل اعتماد التشفير التجريبي.وعليهم اختبار توقيعات ما بعد الكمّ في ظل قيود البلوكشين الفعلية، مثل الغاز وحجم الكتل والنطاق الترددي والذاكرة ووقت التحقق وتجربة المستخدم في المحافظ.كما ينبغي لهم التفكير في المخططات الهجينة للفترات الانتقالية عند ملاءمتها.وعليهم تصميم مسارات ترقية للحسابات والمدققين والجسور ومشغلي أوراكل والخزائن والعقود الذكية.ينبغي تجنب تثبيت افتراضات برمجية تجعل الانتقال التشفيري مستقبلًا مستحيلًا.وعليهم نشر وثائق واضحة تشرح ما هو مقاوم للهجمات الكمّية وما ليس كذلك.كما ينبغي لهم تدقيق عمليات التنفيذ بحثًا عن القنوات الجانبية وأخطاء التطبيق.ينبغي التعامل مع الانتقال إلى التشفير ما بعد الكمّي بوصفه جهدًا لتصميم البروتوكول يمتد لسنوات، لا مجرد وصف تسويقي.

مفاهيم خاطئة شائعة حول التشفير ما بعد الكمّي

من المفاهيم الخاطئة أن التشفير ما بعد الكمّي يتطلب استخدام حواسيب كمّية.صُممت خوارزميات ما بعد الكمّ للعمل على الحواسيب العادية مع مقاومة المهاجمين الكمّيين مستقبلًا.ومن المفاهيم الخاطئة الأخرى أن جميع العملات المشفرة ستتعطل فور تحسن الحواسيب الكمّية.يعتمد الخطر الفعلي على الخوارزمية وانكشاف المفتاح وتصميم البروتوكول والاستعداد للانتقال وقدرات المهاجم.ومن المفاهيم الخاطئة أيضًا أن دوال التجزئة تُكسر بالطريقة نفسها التي تُكسر بها توقيعات المنحنيات الإهليلجية.تؤثر الهجمات الكمّية المعروفة في دوال التجزئة بطريقة مختلفة، وبشكل أقل حدة عادةً من تأثيرها في أنظمة المفاتيح العامة القائمة على اللوغاريتمات المنفصلة.ومن المفاهيم الخاطئة أن وصف «ما بعد كمّي» يضمن الأمان.قد تكون الخوارزمية مقاومة كمّيًا من الناحية النظرية، لكنها سيئة التنفيذ في محفظة أو جسر أو عقد ذكي.ومن المفاهيم الخاطئة أن على المستخدمين الانتقال فورًا باستخدام أدوات غير رسمية.قد تكون أدوات الانتقال غير الآمنة أخطر من التهديد الكمّي طويل الأمد.

الأسئلة الشائعة

ما المقصود بالتشفير ما بعد الكمّي؟

يقصد بالتشفير ما بعد الكمّي الخوارزميات التشفيرية المصممة للحفاظ على أمانها في مواجهة الحواسيب التقليدية والحواسيب الكمّية المستقبلية واسعة النطاق.

لماذا يهم التشفير ما بعد الكمّي العملات المشفرة؟

لأن شبكات البلوكشين تستخدم التوقيعات الرقمية والمفاتيح العامة للتحكم في الأموال والمدققين والجسور والحوكمة وأنظمة العقود الذكية.

هل تستطيع الحواسيب الكمّية سرقة العملات المشفرة اليوم؟

لا يُعرف عن أي حاسوب كمّي متاح للعامة اليوم قدرته على كسر أنظمة التوقيع الرئيسية في البلوكشين بالنطاق اللازم لسرقة الأموال العادية.

ما أنظمة العملات المشفرة الأكثر عرضة للهجمات الكمّية؟

تُعد الأنظمة القائمة على توقيعات المنحنيات الإهليلجية وتوقيعات BLS وRSA والتشفير القائم على الاقترانات من أبرز مصادر القلق على المدى الطويل.

هل عناوين Bitcoin آمنة كمّيًا؟

قد تتمتع عناوين Bitcoin التي لم تكشف مفاتيحها العامة بطبقة حماية إضافية قائمة على التجزئة، لكن المفاتيح العامة التي استُخدمت أو أُعيد استخدامها تظل مصدر قلق للانتقال على المدى الطويل.

هل Ethereum آمنة كمّيًا؟

لم تصبح Ethereum متوافقة بالكامل مع التشفير ما بعد الكمّي حتى الآن، لكن خارطة طريقها تشمل أبحاثًا وتخطيطًا للانتقال فيما يتعلق بتوقيعات الحسابات وتوقيعات المدققين والالتزامات وأنظمة الإثبات.

ما ML-KEM وML-DSA وSLH-DSA؟

ML-KEM معيار لتغليف المفاتيح ما بعد الكمّي، بينما ML-DSA وSLH-DSA معياران للتوقيعات الرقمية ما بعد الكمّية اعتمدتهما NIST نهائيًا.

هل التشفير ما بعد الكمّي هو نفسه التشفير الكمّي؟

لا. يعمل التشفير ما بعد الكمّي على الحواسيب العادية، بينما يستخدم التشفير الكمّي فيزياء الكم مباشرةً لآليات الأمان مثل توزيع المفاتيح الكمّي.

هل ستزيد التوقيعات ما بعد الكمّية رسوم المعاملات؟

قد تزيد الرسوم على بعض الشبكات إذا أدت التوقيعات الأكبر أو عمليات التحقق الأثقل إلى زيادة حجم المعاملة أو استخدام الغاز أو متطلبات النطاق الترددي.

هل يمكن لمحافظ العقود الذكية المساعدة في الانتقال إلى التشفير ما بعد الكمّي؟

نعم، إذ يمكن لمحافظ العقود الذكية وتجريد الحسابات مساعدة المستخدمين على اعتماد مخططات توقيع جديدة من دون إلزام كل حساب باستخدام طريقة تشفير ثابتة واحدة.

هل يمنع التشفير ما بعد الكمّي التصيد الاحتيالي؟

لا، فالتشفير ما بعد الكمّي لا يمنع التصيد الاحتيالي أو الموافقات المزيفة أو سرقة عبارات الاسترداد أو الروابط الخبيثة أو هجمات الهندسة الاجتماعية.

ما الذي ينبغي للمستخدمين فعله الآن؟

ينبغي للمستخدمين استخدام محافظ موثوقة وتجنب عمليات الاحتيال وحماية عبارات الاسترداد وتجنب إعادة استخدام العناوين دون داعٍ وانتظار إرشادات الانتقال الرسمية من فرق الشبكات والمحافظ الموثوقة.

الخلاصة

التشفير ما بعد الكمّي هو مسار ترقية الأمان طويل الأمد للأنظمة التشفيرية التي يجب أن تصمد أمام الحواسيب الكمّية المستقبلية.ويكتسب أهمية في العملات المشفرة لأن المحافظ والمعاملات والمدققين والجسور والعقود الذكية وعمليات التجميع وأوراكل وأنظمة الحفظ تعتمد على بدائيات تشفيرية قد لا تظل آمنة إلى الأبد.توفر معايير NIST النهائية، مثل ML-KEM وML-DSA وSLH-DSA، أساسًا جادًا لانتقال قطاع التكنولوجيا الأوسع إلى التشفير ما بعد الكمّي.أما أصعب تحدٍ لشبكات البلوكشين فلا يقتصر على اختيار الخوارزميات، بل يشمل ترقية الأنظمة اللامركزية من دون الإضرار بالمحافظ أو العقود أو عمليات المدققين أو الرسوم أو تجربة المستخدم.يتركز تحدي Bitcoin ما بعد الكمّي أساسًا على التوقيعات والمفاتيح العامة المكشوفة وحجم المعاملات وانتقال الإجماع.ويشمل تحدي Ethereum توقيعات الحسابات وتوقيعات BLS للمدققين والتزامات KZG وأنظمة إثبات عمليات التجميع والتشفير في طبقة التطبيقات.تحتاج بروتوكولات DeFi والجسور وأمناء الحفظ ومحافظ الأجهزة أيضًا إلى خطط انتقال لأنها تتحكم بقيمة حقيقية باستخدام المفاتيح والتوقيعات.ينبغي للمستخدمين عدم الهلع أو الوثوق بأدوات الحماية الكمّية غير الرسمية، لأن عمليات الاحتيال أكثر إلحاحًا اليوم من الهجمات الكمّية.ويتمثل النهج الصحيح في الاستعداد المدروس والمعايير القوية وعمليات التنفيذ الخاضعة للتدقيق ودعم المحافظ والتخطيط على مستوى البروتوكول وإرشادات الانتقال الواضحة.أبسط طريقة لفهم التشفير ما بعد الكمّي هي أنه وسيلة تستعد بها أنظمة العملات المشفرة اليوم كي تظل الملكية الرقمية آمنة في مستقبل تصبح فيه الحواسيب الكمّية أقوى بكثير مما هي عليه الآن.