بلاکچین مقاوم در برابر کوانتوم: راهکاری نوین برای امنیت شهرهای هوشمند

در دنیای امروز، بلاکچین‌ها به یکی از فناوری‌های پایه برای توسعه و نگهداری سیستم‌های توزیع‌شده و ایمن تبدیل شده‌اند. این فناوری با معرفی اولین ارز دیجیتال بیت‌کوین، توجه زیادی را به خود جلب کرد و به سرعت در پروژه‌هایی مانند اتریوم و مونرو نیز گسترش یافت. با این حال، ظهور کامپیوترهای کوانتومی می‌تواند خطرات جدی برای الگوریتم‌های رمزنگاری بلاکچین ایجاد کند. در این مقاله، با استفاده از الگوریتم‌های مقاوم در برابر کوانتوم، به بررسی یک ساختار جدید بلاکچینی می‌پردازیم که برای کاربردهای شهرهای هوشمند طراحی شده است.

پیشنهاد ویژه: برنامه نویسی بلاکچین

چالش‌های امنیتی بلاکچین در برابر حملات کوانتومی  

الگوریتم‌های رمزنگاری که در بلاکچین‌های سنتی استفاده می‌شوند، مانند الگوریتم‌های PoW و امضای دیجیتال ECDSA، در برابر توان محاسباتی کامپیوترهای کوانتومی آسیب‌پذیر هستند. به عنوان مثال، الگوریتم SHA-256 که در بیت‌کوین استفاده می‌شود، به طور قابل توجهی توسط حملات کوانتومی تضعیف می‌شود. همچنین، امضای دیجیتال ECDSA نیز می‌تواند به وسیله‌ی این کامپیوترها شکسته شود، که خطرات جدی برای امنیت تراکنش‌ها به همراه دارد.

معرفی بلاکچین مقاوم در برابر کوانتوم  

در این ساختار جدید بلاکچینی، پروتکل اجماع جدیدی با نام PoW مقاوم در برابر کوانتوم معرفی شده که با حل معادلات چندمتغیره پیچیده از حملات کوانتومی جلوگیری می‌کند. این ساختار بر اساس الگوریتم‌های پایه‌ای در زمینه رمزنگاری پست-کوانتومی ساخته شده و از یک مدل امضای هویت‌محور استفاده می‌کند که امنیت و کارایی تراکنش‌ها را افزایش می‌دهد.

پروتکل اجماع PoW مقاوم در برابر کوانتوم  

در این پروتکل جدید، به جای استفاده از تابع هش SHA-256، از معادلات چندمتغیره درجه دو استفاده می‌شود که با توجه به پیچیدگی بالا، توسط کامپیوترهای کوانتومی به سختی قابل حل هستند. این الگوریتم می‌تواند با استفاده از تکنیک‌های Gröbner و HF5 معادلات پیچیده‌ای را ایجاد کرده و از طریق تنظیم‌های پویا، امنیت بلاکچین را تامین کند. در این پروتکل، هر ماینر برای تولید بلاک جدید نیاز به حل مجموعه‌ای از معادلات پیچیده دارد که توسط الگوریتم‌های خاصی ایجاد می‌شوند.

مکانیزم تراکنش مقاوم در برابر کوانتوم  

این مکانیزم از امضای دیجیتال مبتنی بر هویت استفاده می‌کند که با نام ID-Rainbow شناخته می‌شود. در این روش، هر تراکنش به وسیله‌ی یک امضای خاص که با استفاده از هویت فرستنده ایجاد شده است، تایید می‌شود. به این ترتیب، امنیت تراکنش‌ها در برابر حملات کوانتومی افزایش یافته و تراکنش‌ها به شکل سبکی اجرا می‌شوند که ظرفیت تراکنش‌های شبکه را نیز افزایش می‌دهد.

فرآیند ایجاد و تایید تراکنش  

در فرآیند ایجاد تراکنش، کاربر درخواست تراکنش خود را به شبکه ارسال می‌کند و در هر تراکنش، از یک کلید خصوصی هویت‌محور برای امضا استفاده می‌شود که به امنیت آن افزوده می‌شود. این تراکنش‌ها توسط ماینرها تایید شده و در نهایت در یک بلاک موقت ذخیره می‌شوند. پس از تولید بلاک جدید، این تراکنش‌ها به عنوان یک رکورد دائمی و غیرقابل تغییر در بلاکچین ثبت می‌شوند.

مکانیزم SegWit پست-کوانتومی  

برای بهینه‌سازی فضای بلاکچین، از تکنیک SegWit برای جداسازی داده‌های تراکنش و داده‌های تایید استفاده شده است. در این روش، داده‌های تراکنش به بلاک اصلی افزوده شده و داده‌های تایید در یک بلاک فرعی نگهداری می‌شوند، که این کار منجر به کاهش حجم بلاکچین و افزایش تعداد تراکنش‌ها در ثانیه (TPS) می‌شود.

تجزیه و تحلیل عملکرد و مقایسه  

برای بررسی کارایی این بلاکچین مقاوم در برابر کوانتوم، الگوریتم‌ها و پروتکل‌های پیشنهادی با بلاکچین‌های سنتی مقایسه شده‌اند. با استفاده از مکانیزم تراکنش سبک و الگوریتم PoW جدید، تعداد تراکنش‌ها در ثانیه به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. جدول زیر برخی از نتایج این مقایسه را نشان می‌دهد
 

نتیجه‌گیری و آینده بلاکچین مقاوم در برابر کوانتوم  

پروتکل‌های مقاوم در برابر کوانتوم امکان بهبود امنیت بلاکچین و افزایش تعداد تراکنش‌ها در هر ثانیه را فراهم می‌کنند که این موضوع برای شهرهای هوشمند بسیار حیاتی است. در این مقاله، با معرفی پروتکل اجماع جدید و مکانیزم تراکنش سبک، یک ساختار بلاکچین مقاوم در برابر کوانتوم برای شهرهای هوشمند ارائه شد که نه تنها امنیت شبکه را تامین می‌کند، بلکه کارایی سیستم‌های بلاکچین را نیز بهبود می‌بخشد.