BloQBench: A Blockchain Benchmarking Framework for Quantum Supremacy
تقدم الورقة البحثية BloQBench، وهو إطار عمل لامركزي قائم على إيثيريوم يستخدم ألغازاً مستعصية كلاسيكياً ولا تحتوي على أسرار مسبقة الحوسبة لتوفير ضمان عام قابل للتحقق وخالٍ من الثقة للتفوق الكمي، ويقوم تلقائياً بتحفيز الانتقالات إلى مخططات تشفير آمنة كمياً عند النجاح في الإثبات.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تخيل عالماً تصبح فيه الحواسيب قوية جداً لدرجة أنها تستطيع حل ألغاز قد يستغيغ من حاسوب خارق عادي وقتاً أطول من عمر الكون لفك شفرتها. هذا هو التطور المثير، والمرعب قليلاً، لـ الحوسبة الكمومية. فكر في الحاسوب الكمومي ليس كنسخة أسرع من حاسوبك المحمول، بل كمفتاح سحري يمكنه فتح الأقفال التي صُممت لتكون غير قابلة للكسر بالوسائل العادية فوراً. السؤال الكبير الذي يطرحه العلماء هو: "كيف نتأكد تماماً متى نجح حاسوب كمومي في فعل ذلك حقاً؟"
عادةً، عندما يدعي شخص ما "لقد فعلتها!"، فإنه يكتفي بالقول فقط، وعلينا أن نصدقه. لكن في العلم، الثقة ليست كافية؛ نحن بحاجة إلى دليل. تكمن المشكلة في أنه إذا كان اللغز صعباً جداً على حاسوب عادي لحله، فإنه أيضاً صعب جداً على الحاسوب العادي للتحقق من الإجابة. الأمر يشبه سؤال شخص عن حل متاهة في ذهنه ثم مطالبتك بالتحقق مما إذا كان قد غش، لكنك لا تستطيع رؤية المتاهة. تتناول هذه الورقة البحثية هذه المشكلة تحديداً: كيف ننشئ اختباراً يستحيل على حاسوب عادي تزييفه، ولكن من السهل إثبات صحته، دون الحاجة إلى الوثوق بالشخص الذي وضع الاختبار؟
الفخ الرقمي: BloQBench
قام مؤلفا هذه الورقة، نيكولاس جيه سي بابادوبولوس ورامين أيانزاده، ببناء فخ رقمي يسمى BloQBench. تخيل صندوق كنز ضخم عام موضوع على شبكة عالمية تسمى "البلوكشين" (فكر فيها كدفتر حسابات عام غير قابل للتغيير حيث يرى الجميع كل ما يحدث). هذا الصندوق مليء بالمال، لكنه مغلق بـ 119 قفلاً مختلفاً ومعقداً للغاية.
إليك الخدعة السحرية: لا أحد، ولا حتى الشخص الذي بنى الصندوق، يعرف التركيبة الخاصة بهذه الأقفال. يتم إنشاء الأقفال بواسطة برنامج حاسوبي ("عقد ذكي") ينشئها في اللحظة ذاتها باستخدام طريقة تضمن عدم وجود "أسرار مسبقة الحساب". الأمر يشبه آلة بيع تطبع لغزاً فريداً وغير قابل للحل في كل مرة تضغط فيها على زر، والآلة نفسها تنسى الإجابة فور طباعتها.
التحدي؟ الأقفال تعتمد على تحليل الأعداد الصحيحة. باللغة المبسطة، يعني هذا أخذ رقم ضخم ومشتت ومعرفة أي رقمين أوليين أصغر تم ضربهما معاً لإنتاجه. بالنسبة للحاسوب العادي، هذا يشبه محاولة "إلغاء خبز الكعكة" للعثور على البيض والدقيق المستخدم بالضبط؛ وهو أمر مستحيل عملياً مع الأرقام الكبيرة. لكن بالنسبة للحاسوب الكمومي، وباستخدام خوارزمية خاصة، يشبه الأمر امتلاك آلة زمن يمكنها رؤية المكونات قبل خلطها.
خطة العمل: كيف يعمل الأمر
تم إعداد العملية مثل برنامج مسابقات عالي المخاطر مع لمسة خاصة:
- الإعداد: يقوم العقد الذكي بإنشاء 119 "قفلاً". كل قفل عبارة عن رقم مكون من 4,608 بت (رقم ضخم جداً). تم تصميم العقد بحيث تكون هناك فرصة 1 في المليار فقط أن يتم حل جميع هذه الأقفال بواسطة حاسوب عادي. الهدف هو التأكد من أن واحداً منها على الأقل مستحيل حقاً على الحاسوب العادي لكسره.
- المكافأة: هناك وعاء من المال ("مكافأة") في العقد. تقترح الورقة حداً أدنى قدره 800,000,000 غاز (العملة المستخدمة لدفع تكاليف المعاملات على شبكة إيثيريوم) لتغطية تكلفة حل الألغاز. إذا كان سعر الغاز الحالي 23.8 Gwei لكل وحدة، فهذا يعادل حوالي 19.04 ETH.
- السباق: يمكن لأي شخص محاولة حل الأقفال. إذا كنت تملك حاسوباً كمومياً (أو عبقرياً محظوظاً جداً بجهاز حاسوب خارق)، يمكنك محاولة إيجاد العوامل الأولية.
- منع الغش: لمنع الناس من سرقة إجابات بعضهم البعض، يستخدم النظام مخطط "الالتزام والكشف" (commit-reveal). عليك أولاً وضع إجابتك في مغلف رقمي (hash) والانتظار لمدة يوم واحد. بعد ذلك اليوم، تفتح المغلف وتظهر الإجابة. هذا يمنع "الاستباق" (front-running)، حيث قد يرى طرف سيئ الإجابة القادمة ويسرقها قبل أن تتمكن من المطالبة بالجائزة.
- الفوز: إذا قمت بحل قفل ما، يحدد العقد أنه "تم الحل". إذا حللت أصعب قفل نهائي، تحصل على المكافأة بأكملها، ويتحول علم ضخم على البلوكشين إلى "TRUE" (صحيح). هذا العلم هو الدليل الذي لا يمكن إنكاره على تحقيق التفوق الكمومي.
لماذا هذا مهم: المفتاح التلقائي
الجزء الأكثر روعة في BloQBench ليس مجرد المال؛ بل هو ما يحدث عندما يتغير حال العلم. حالياً، تستخدم سلاسل الكتل (Blockchains) الأمن "الكلاسيكي" (مثل RSA و ECDSA) لحماية أموالك. هذه الأنظمة آمنة إلى أن يأتي حاسوب كمومي ويكسرها.
تقترح الورقة أن يعمل BloQBench كمحفز تلقائي. تخيل أن حسابك البنكي يحتوي على مفتاح أمان. طالما أن "العلم الكمومي" (Quantum Flag) هو "خطأ" (False)، يستخدم البنك الأمن الكلاسيكي السريع والرخيص. ولكن في اللحظة التي يحل فيها شخص ما اللغز ويحول العلم إلى "صحيح" (TRUE)، ينتقل النظام تلقائياً إلى نظام أمني جديد "مقاوم للكم" (باستخدام شيء يسمى توقيعات لامبورت).
هذا أمر بالغ الأهمية لأن الأمن الجديد المقاوم للكم أبطأ وأكثر تكلفة في الاستخدام. إذا انتقلنا إليه مبكراً جداً، فسنضيع المال ونبطئ كل شيء. وإذا انتقلنا متأخرين جداً، فستُسرق أموالنا. يحل BloQBend هذه المشكلة من خلال الانتظار حتى اللحظة التي يثبت فيها التهديد وجوده فعلياً، ثم يقلب المفتاح فوراً.
ما الذي استبعدته الورقة
كان المؤلفون حذرين جداً فيما لم يفعلوه. لقد استبعدوا صراحة عدة أفكار أخرى:
- لا للمولدات الموثوقة: رفضوا فكرة جعل إنسان أو شركة تولد الألغاز. إذا صنع إنسان اللغز، فقد يحتفظ بـ "باب خلفي" سري لحل اللغز بنفسه، مما يفسد الإثبات.
- لا لـ "إيجاد الدور" (Order-Finding): نظروا في نوع آخر من الألغاز الرياضية يسمى "إيجاد الدور"، لكنهم وجدوا أنه مكلف جداً للإعداد على البلوكشين (يكلف أكثر من 6 مليارات غاز) مقارنة بطريقتهم في التحليل (التي كلفت حوالي 237 مليون غاز).
- لا للألغاز غير القابلة للتحقق: رفضوا "مشكلات أخذ العينات" (حيث يولد الحاسوب أنماطاً عشوائية) لأنها، رغم صعوبة القيام بها، يصعب أيضاً إثبات صحتها. لا يمكنك بسهولة التحقق مما إذا كان النمط صحيحاً، لذا فهي لا تصلح كإثبات عام.
الخلاصة
لا تدعي الورقة أن الحواسيب الكمومية قد هزمت العالم بالفعل. بدلاً من ذلك، هي توفر إطار عمل وأداة (BloQBench) لإثبات ذلك عندما يحدث. لقد بنوا العقد، واختبروه، وأظهروا أنه يعمل. وقد حسبوا أن حل أحد أقفالهم سيكلف حوالي 6,110,290 غاز للتحقق، وحل جميع الأقفال الـ 119 سيكلف حوالي 741,048,802 غاز.
يقترح المؤلفون أن هذا النظام يخلق "تدرجاً قابلاً للضبط". يمكنك جعل الأقفال أسهل لاكتشاف العلامات المبكرة للقوة الكمومية، أو إبقائها صعبة للغاية (مثل أقفال 4,608 بت التي اختاروها) لانتظار اللحظة التي تستطيع فيها الحواسيب الكمومية كسر أشهر معايير التشفير في العالم مثل RSA.
باخت-اختصار، BloQBench هو حكم عام، لا يتطلب الثقة. إنه ينتظر وصول الحاسوب الكمومي إلى منصة الانطلاق، ليحل اللغز، ثم يقلب المفتاح فوراً لحماية عالمنا الرقمي، كل ذلك دون الحاجة إلى الوثوق بأي شخص. إنه يحول السباق نحو التفوق الكمومي إلى لعبة ذات فائز واضح وشبكة أمان مضمونة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.