تصميم بلوكشين آمن من الناحية الكمومية قد يقلل الرسوم ويحد من تضخم الشبكة

إزالة التوقيعات: البصمة على السلسلة البالغة 96 بايت

لسنوات عديدة، حذرت مجتمع التشفير من اصطدام وشيك بين الحوسبة الكمومية وتكنولوجيا البلوكشين. الحسابات الكامنة وراء هذا التهديد بسيطة: خوارزميات المفتاح العام مثل ECDSA، التي تؤمن كل شيء بدءًا من معاملات البيتكوين وصولًا إلى العقود الذكية، لن توفر الأمان الكافي بمجرد نضوج الأجهزة الكمومية.

ومع ذلك، غالبًا ما بدا العلاج المقترح خطيرًا بقدر المرض نفسه. تنتج أنظمة التشفير ما بعد الكم بشكل روتيني توقيعات متضخمة وإثباتات المعرفة الصفرية (ZK) الضخمة — وهو انفجار في البيانات يهدد بإعاقة شبكات الند للند، وإرباك المعدنين، وزيادة رسوم المعاملات.

ومع ذلك، فإن نموذجًا معماريًّا جديدًا يعد بكسر هذا التوازن الذي لا يربح فيه أحد بين الأمن الكمومي وقابلية توسيع الشبكة. وقد ابتكره باحث التشفير دراغوس إيلي بالتعاون مع فريق من إمبريال كوليدج لندن، ويثبت نظام التحقق من جانب العميل المحمي المضغوط (CSV) أن الانتقال إلى التشفير ما بعد الكم لا يتطلب قبول رسوم غاز باهظة أو أداء شبكة بطيء.

في الواقع، من خلال إعادة تصور كيفية إثبات الملكية وتحويل عبء أعمال التحقق مباشرةً إلى أجهزة المستخدمين، يحقق البروتوكول أثرًا على السلسلة أخف بكثير حتى من سلاسل الكتل القديمة الحالية.

يكمن جوهر مشكلة قابلية التوسع الكمومية في خيار تصميمي تقليدي: تخزين التوقيعات الرقمية الثقيلة في دفتر الأستاذ العام لتتم مراجعتها من قبل كل عقدة كاملة. يتخلى نظام «Compact Shielded CSV» عن التوقيعات على السلسلة تمامًا، ويستبدلها ببنية تشفيرية مبتكرة تُسمى «degriefer».

في الممارسة العملية، تتكون المعاملة ذات المدخل الواحد المسجلة على سلسلة الكتل من ثلاثة هاشات موجزة بحجم 32 بايت يبلغ مجموعها 96 بايت فقط: «نوليفاير» لمنع الإنفاق المزدوج، والتزام بالمعاملة، و«ديغريفر» نفسه.

وأوضح إيلي قائلاً: «الـdegriefer هو مجرد هاش على مُبطِل العملة، والمفتاح السري للمالك، والمعاملة التي تنفق العملة». «من خلال إضافة هذا الهاش الصغير على السلسلة، يمكن للمرسل الآن إنشاء إثبات معرفة صفرية خارج السلسلة ضده».

تحييد «المتقدمين» وهجمات «التحرش»

نظرًا لأن إنشاء إثبات ZK المصاحب يتطلب المفتاح السري للمالك كمدخل خاص، فإن المرسلين الخبيثين والمتسابقين يواجهون طريقًا مسدودًا من الناحية الحسابية. وأشار إيلي قائلاً: «يمكن للمهاجم أن يتقدم على المعاملة، لكنه لا يستطيع إنشاء إثبات ZK صالح، لذا من المؤكد أنه لن يستفيد من ذلك».

علاوة على ذلك، إذا قام المهاجم ببث معاملة متعارضة لتعطيل الإنفاق، فيمكن للمالك الشرعي كشف هذه المحاولة بسهولة. وأكد إيلي قائلاً: «يمكن للمستخدم أن يثبت باستخدام إثبات ZK أن المعاملة التي تم التقدم عليها هي محاولة تدمير غير صالحة، وذلك من خلال إظهار أن مفتاحه السري الفعلي، بعد تجزئته باستخدام أداة الإبطال، ومعاملة المهاجم لا تنتج عن «المُدمّر» الذي نشره المهاجم».

لذلك، بدلاً من إجبار كل عقدة في جميع أنحاء العالم على تنزيل كل جزء من سجل المعاملات وتنفيذه وأرشفته إلى الأبد، ينقل نظام Compact Shielded CSV مسؤولية تخزين بيانات الإثبات والتحقق منها إلى المستخدمين المحددين المشاركين في المعاملة.

من منظور المستخدم النهائي، يشبه تشغيل محفظة على نظام Compact Shielded CSV استخدام عميل SPV خفيف الوزن لعملة البيتكوين. قال إيلي: «كل ما يتطلبه الأمر هو الاتصال بعقدة صادقة واحدة على الأقل». لتأكيد دفعة واردة، تتحقق المحفظة من المعلمات العامة للإثبات مقابل البيانات الموجودة على السلسلة وتقوم بالتحقق من صحة إثبات ZK محليًا. وأضاف: «على سبيل المثال، بالنسبة لإثبات STARK ZK، حتى على الهاتف، [verification] يستغرق الأمر أقل من 100 مللي ثانية"، أضاف.

يتطلب إنشاء إثبات دفعة صادرة حسابات أكثر قليلاً، لكن إيلي يتوقع أن تتسارع هذه العملية مع نضوج دوائر الإثبات. والأهم من ذلك، نظرًا لأن البنية تعتمد على إثباتات تكرارية ذات حجم ثابت، فإن عمق المعاملات التاريخية لا يضر أبدًا بالمستخدم النهائي. وفي معرض تناوله للمخاوف بشأن تخزين إثباتات ما بعد الكم خارج السلسلة، لاحظ إيلي:

"إن الإثباتات أكبر بالفعل من التوقيعات وأبطأ في الإنشاء والتحقق، لكن هذا لا يشكل عبئًا إلا عندما يتعين على الشبكة بأكملها تخزينها والتحقق من صحتها. ونظرًا لأن هذا بروتوكول تحقق من جانب العميل، فإن كل مستخدم يقوم فقط بتخزين والتحقق وإثبات العملات التي تهمه شخصيًا، وهو أمر يمكن إدارته بسهولة."

ولتوضيح حجم المساحة المطلوبة للتخزين، قال إيلي إن «صورة واحدة على هاتفك أكبر بـ20–40 مرة من حجم إثبات واحد»، مضيفًا أن إرسال المدفوعات يتطلب «نطاقًا تردديًّا ومساحة تخزين أقل من إرسال صورة».

عدم تضخم الحالة

مع تزايد سجلات المعاملات، غالبًا ما تعاني الأجهزة الطرفية التقليدية من تضخم الحالة. لكن في إطار بروتوكول Compact Shielded CSV، لا تخزن العملاء الخفيفون أي سجل للمعاملات بخلاف إثباتات الحجم الثابت الخاصة بعملاتهم غير المنفقة. وأشار إيلي قائلاً: «بالنسبة لأي شيء آخر، مثل التحقق مما إذا كان لدى المُبطِل (nullifier) إنفاق متعارض، فإنه يكتفي بالاستعلام عن العقد الكاملة أو الأرشيفية»، مضيفًا أن «نمو السجل لا يؤثر على حجم الإثباتات أو وقت التحقق على الإطلاق».

وعلى عكس الاعتقاد السائد بأن المقاومة الكمومية تؤدي إلى ازدحام شديد في الشبكة ورسوم باهظة، جادل إيلي بأن نظام «Compact Shielded CSV» أكثر كفاءة بكثير من الشبكات غير الكمومية الحالية:

«من المفاجئ إلى حد ما أن نظامنا أخف وزنًا وأسرع بكثير حتى من السلاسل التقليدية، بدلاً من أن يكون أثقل. سنتمتع برسوم معاملات أقل بكثير وازدحام شبكة أقل بكثير، ليس فقط لكوننا متوافقين تمامًا مع عصر ما بعد الكم، بل أيضًا مقارنة بالوضع الراهن».