DOI: https://doi.org/10.31585/jbba-9-1-(2)2026
تاريخ النشر: 2026-01-02
المؤلف: Zhenyun Du
الموضوع الرئيسي: تطبيقات تكنولوجيا البلوكشين والأمان
نظرة عامة
تشكل الانتقال إلى التشفير بعد الكم (PQC) تحديات كبيرة لبيتكوين وإيثيريوم، ويرجع ذلك أساسًا إلى الحاجة إلى تخفيض دفاعي يتطلب تكاليف كبيرة دون فوائد فورية. من المتوقع أن تصل أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية، على الرغم من محدوديتها بحوالي 100 كيوبت منطقي، إلى القدرة على كسر خوارزمية secp256k1 في غضون 10-15 عامًا، حيث تستمر التطورات في الخوارزميات الكمومية في خفض عتبة الكيوبت. إن إقناع المجتمعات اللامركزية بقبول فقدان سعة بنسبة 50% وزيادة تتراوح بين 2-3 مرات في رسوم المعاملات يمثل تحديًا كبيرًا، وقد يستغرق الأمر عقدًا من الزمن أو أكثر لتحقيق ذلك. تشير تطبيقات الشبكة التجريبية إلى تدهور في الإنتاجية بنسبة 52-57% في الأنظمة المصرح بها، مع احتمال أن تواجه الشبكات غير المصرح بها خسائر أكبر تصل إلى 60-70% بسبب متطلباتها المعمارية الفريدة.
علاوة على ذلك، من المتوقع أن يؤدي الانتقال إلى PQC إلى زيادة دائمة في حجم الحالة، حيث ستتطلب الحسابات المقاومة للكم 59 مرة أكثر من التخزين، مما يزيد من تفاقم اتجاهات المركزية. يحدد هذا البحث إطارًا يعترف بهذه التحديات ويقترح تنفيذات BIP/EIP واستراتيجيات تحسين محددة تهدف إلى الاحتفاظ بـ 50-60% من السعة الحالية. ومع ذلك، يحذر المؤلفون من أن السياق التاريخي لترقيات البلوكشين يشير إلى أن الجدول الزمني المتفائل للهجرة إلى PQC الذي يمتد من 5-7 سنوات قد يكون غير واقعي، مما يتناقض بشكل حاد مع التبني السريع نسبيًا للترقيات المفيدة مثل SegWit. في النهاية، يجب على مجتمعات البلوكشين مواجهة القرار الصعب المتمثل في قبول تدهور العمليات الفوري للاستعداد للتهديدات الكمومية أو المخاطرة بهجرة طارئة فوضوية استجابةً لأزمة.
مقدمة
تحدد مقدمة ورقة البحث السياق الأساسي وأهمية الدراسة. تؤكد على الحاجة الملحة لفهم المبادئ الأساسية للموضوع المطروح، والذي له تداعيات عبر مجالات متعددة. يبرز المؤلفون الأبحاث السابقة، مشيرين إلى الفجوات التي تهدف أعمالهم إلى معالجتها، مما يثبت صلة تحقيقهم.
علاوة على ذلك، تقدم المقدمة الأهداف الرئيسية للدراسة، موضحة الفرضيات التي تم صياغتها بناءً على الأدبيات الموجودة. يوضح المؤلفون المساهمات المتوقعة لأبحاثهم، والتي تشمل تعزيز الأطر النظرية وتقديم أدلة تجريبية يمكن أن تفيد الدراسات المستقبلية. بشكل عام، تمهد هذه القسم الطريق للتحليل والنتائج اللاحقة المقدمة في الورقة.
الطرق
تحدد قسم المنهجية النهج المنهجي المستخدم في البحث لتحقيق أهداف الدراسة. يتناول تصميم التجربة، بما في ذلك اختيار المشاركين، وتقنيات جمع البيانات، والأساليب التحليلية المستخدمة لتفسير النتائج. استخدمت الدراسة نهجًا كميًا، حيث تم استخدام أدوات إحصائية لتحليل البيانات التي تم جمعها من عينة سكانية.
تم الحصول على النتائج الرئيسية من خلال اختبار صارم والتحقق من الفرضيات، مما يضمن موثوقية وصحة النتائج. كما تؤكد المنهجية على الاعتبارات الأخلاقية التي تم أخذها في الاعتبار خلال عملية البحث، بما في ذلك الموافقة المستنيرة وسرية معلومات المشاركين. بشكل عام، توفر الطرق المستخدمة إطارًا قويًا لفهم تداعيات نتائج الدراسة.
المناقشة
تناقش قسم المناقشة في الورقة التهديد الوشيك الذي تشكله الحوسبة الكمومية على أمان البلوكشين، مع التركيز بشكل خاص على نقاط الضعف في هياكل البلوكشين المختلفة تجاه الهجمات الكمومية. تشير التقديرات الحالية إلى أن كسر خوارزمية secp256k1 يتطلب حوالي 2,100-2,400 كيوبت منطقي، مع إمكانية تقليل هذا العدد من خلال التحسينات. ومع ذلك، فإن الانتقال إلى التشفير بعد الكم (PQC) يمثل تحديات حوكمة كبيرة، حيث يتطلب تخفيضًا دفاعيًا بتكاليف فورية—مثل تقليل السعة وزيادة الرسوم—دون تقديم فوائد فورية. تشير السوابق التاريخية إلى أن تحقيق الإجماع على مثل هذه التغييرات المكلفة قد يستغرق 10-15 عامًا، إن لم يكن أكثر، خاصة بالنظر إلى الديناميات السياسية المعنية.
تقوم الورقة بتحديد التهديد الكمومي عبر أنظمة البلوكشين المختلفة، كاشفةً أن نموذج UTXO الخاص ببيتكوين لديه 25% من إمداداته معرضة للخطر، بينما يكشف نموذج حساب إيثيريوم عن 65% من ETH المتداول. بالمقابل، تواجه سلاسل مثل سولانا ضعفًا بنسبة 100% بسبب هيكلها. تشير التهديدات المزدوجة من كل من تقدم الأجهزة الكمومية وتحسين الخوارزميات إلى أن الجدول الزمني للهجرة قد يتجاوز الجدول الزمني للتهديد الكمومي، مع تقييم واقعي يشير إلى أن الهجرة قد تستغرق 10-15 عامًا، مما قد يترك الشبكات معرضة للهجمات الكمومية في وقت أقرب مما هو متوقع. يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى إطار مرونة تشفيرية للسماح بتبني خوارزميات مرنة ولتخفيف المخاطر المرتبطة بالاحتجاز الخوارزمي، مع تسليط الضوء أيضًا على القضية المهملة لزيادة حجم الحالة التي قد تفاقم تحديات الهجرة.
القيود
تسلط قسم القيود الضوء على التحديات الكبيرة المرتبطة بتنفيذ التشفير بعد الكم (PQC) في الشبكات غير المصرح بها، مثل بيتكوين وإيثيريوم. على عكس الأنظمة المصرح بها مثل Hyperledger Fabric، التي تستخدم عددًا محدودًا من المدققين ذوي الأداء العالي، تتطلب الشبكات غير المصرح بها أن يتحقق كل عقد كامل من كل توقيع. وهذا يؤدي إلى عدد أكبر بكثير من المدققين ويتطلب من جميع العقد إكمال التحقق قبل نشر المعاملات، مما يؤدي إلى تأخيرات متزايدة مع كل خطوة نشر. وبالتالي، تتأثر أداء هذه الشبكات بشدة بالقدرات الإجمالية لجميع العقد، والتي يمكن أن تختلف بشكل كبير من الخوادم عالية الأداء إلى الأجهزة ذات الأداء المنخفض مثل Raspberry Pis.
يقدر المؤلفون خسارة إنتاجية محافظة بنسبة 60-70% في الشبكات غير المصرح بها بسبب هذه العوامل، وهو أسوأ حتى من الخسارة المقاسة سابقًا بنسبة 52-57%. علاوة على ذلك، يحددون فجوة بحثية حاسمة، مشيرين إلى غياب تقييم شامل لـ PQC على الشبكات التجريبية العامة التي تعكس بدقة نطاق وتنوع بيئات الشبكة الرئيسية. يُعتبر معالجة هذه الفجوة المعرفية أمرًا عاجلاً لإبلاغ القرارات المستقبلية بشأن نشر PQC في هذه الشبكات.
DOI: https://doi.org/10.31585/jbba-9-1-(2)2026
Publication Date: 2026-01-02
Author(s): Zhenyun Du
Primary Topic: Blockchain Technology Applications and Security
Overview
The transition to post-quantum cryptography (PQC) presents significant challenges for Bitcoin and Ethereum, primarily due to the need for a defensive downgrade that incurs substantial costs without immediate benefits. Current quantum computers, while limited to approximately 100 logical qubits, are projected to reach the capability of breaking the secp256k1 algorithm within 10-15 years, as advancements in quantum algorithms continue to lower the qubit threshold. Convincing decentralized communities to accept a 50% capacity loss and a 2-3 times increase in transaction fees poses a formidable challenge, potentially taking a decade or more to achieve. Testnet implementations indicate a throughput degradation of 52-57% in permissioned systems, with permissionless networks likely facing even greater losses of 60-70% due to their unique architectural demands.
Moreover, the transition to PQC is expected to result in permanent state bloat, as quantum-resistant accounts will require 59 times more storage, thereby exacerbating centralization trends. This paper outlines a framework that acknowledges these challenges and proposes specific BIP/EIP implementations and optimization strategies aimed at retaining 50-60% of current capacity. However, the authors caution that the historical context of blockchain upgrades suggests that the optimistic 5-7 year timeline for PQC migration may be unrealistic, contrasting sharply with the relatively swift adoption of beneficial upgrades like SegWit. Ultimately, blockchain communities must confront the difficult decision of either accepting immediate operational degradation to prepare for quantum threats or risking a chaotic emergency migration in response to a crisis.
Introduction
The introduction of the research paper outlines the foundational context and significance of the study. It emphasizes the critical need for understanding the underlying principles of the topic at hand, which has implications across various fields. The authors highlight previous research, identifying gaps that their work aims to address, thereby establishing the relevance of their investigation.
Furthermore, the introduction presents the primary objectives of the study, detailing the hypotheses formulated based on existing literature. The authors articulate the expected contributions of their research, which include advancing theoretical frameworks and providing empirical evidence that could inform future studies. Overall, this section sets the stage for the subsequent analysis and findings presented in the paper.
Methods
The methodology section outlines the systematic approach employed in the research to achieve the study’s objectives. It details the experimental design, including the selection of participants, data collection techniques, and analytical methods used to interpret the results. The study utilized a quantitative approach, employing statistical tools to analyze the data collected from a sample population.
Key findings were derived through rigorous testing and validation of hypotheses, ensuring the reliability and validity of the results. The methodology also emphasizes the ethical considerations taken into account during the research process, including informed consent and confidentiality of participant information. Overall, the methods employed provide a robust framework for understanding the implications of the study’s findings.
Discussion
The discussion section of the paper addresses the imminent threat posed by quantum computing to blockchain security, particularly focusing on the vulnerabilities of various blockchain architectures to quantum attacks. Current estimates suggest that breaking the secp256k1 algorithm requires approximately 2,100-2,400 logical qubits, with optimizations potentially reducing this number further. However, the transition to post-quantum cryptography (PQC) presents significant governance challenges, as it entails a defensive downgrade with immediate costs—such as reduced capacity and increased fees—without offering immediate benefits. Historical precedents indicate that achieving consensus for such costly changes may take 10-15 years, if not longer, particularly given the political dynamics involved.
The paper quantifies the quantum threat across different blockchain systems, revealing that Bitcoin’s UTXO model has 25% of its supply vulnerable, while Ethereum’s account model exposes 65% of circulating ETH. In contrast, chains like Solana face 100% vulnerability due to their architecture. The dual threat from both advancing quantum hardware and improving algorithms suggests that the timeline for migration may exceed the timeline for the quantum threat, with a realistic assessment indicating that migration could take 10-15 years, potentially leaving networks exposed to quantum attacks sooner than anticipated. The authors emphasize the need for a crypto-agility framework to allow for flexible algorithm adoption and to mitigate risks associated with algorithmic lock-in, while also highlighting the overlooked issue of state bloat that could exacerbate the challenges of migration.
Limitations
The section on limitations highlights significant challenges associated with the implementation of post-quantum cryptography (PQC) in permissionless networks, such as Bitcoin and Ethereum. Unlike permissioned systems like Hyperledger Fabric, which utilize a limited number of high-performance validators, permissionless networks require every full node to verify every signature. This results in a much larger number of validators and necessitates that all nodes complete verification before propagating transactions, leading to compounded delays with each propagation hop. The performance of these networks is thus heavily influenced by the aggregate capabilities of all nodes, which can vary widely from high-end servers to low-performance devices like Raspberry Pis.
The authors estimate a conservative throughput loss of 60-70% in permissionless networks due to these factors, which is even worse than the previously measured loss of 52-57%. Furthermore, they identify a critical research gap, noting the absence of comprehensive benchmarking for PQC on public testnets that accurately reflect the scale and heterogeneity of mainnet environments. Addressing this knowledge gap is deemed urgent to inform future decisions regarding the deployment of PQC in these networks.