الأمان ما بعد الكمومي

بُنيت QoreChain بـالتشفير ما بعد الكمومي (post-quantum cryptography، PQC) منذ نشأتها — لا مُضافًا لاحقًا كترقية. وتوفّر وحدة x/pqc تواقيع رقمية شبكية (lattice-based) وتغليفًا للمفاتيح بوصفها البدائيات التشفيرية الأساسية، مع إطار رشاقة خوارزمية خاضع للحوكمة من أجل المرونة طويلة الأمد.

اكتمل الآن خطّ الأساس الكامل لـPQC — Dilithium-5 (التواقيع) + ML-KEM-1024 (KEM) + SHAKE-256 (التجزئة) — وأصبح هو الافتراضي للشبكة. واعتبارًا من إصدار السلسلة الحالي (v3.1.85)، أصبحت التواقيع الهجينة مطلوبة افتراضيًا على مسار معاملات cosmos: hybrid_signature_mode = required وallow_classical_fallback = false. ويجب أن تحمل كل معاملة على مسار cosmos توقيع Dilithium-5 إلى جانب توقيعها الكلاسيكي secp256k1؛ وتُرفَض المعاملات الكلاسيكية فقط الصادرة من حساب PQC، كما أُغلق مسار التخفيض الكلاسيكي.

مبادئ التصميم

• PQC مطلوب افتراضيًا: التواقيع ما بعد الكمومية إلزامية على مسار cosmos. ولم تعد تواقيع secp256k1 الكلاسيكية وحدها كافية — allow_classical_fallback = false.
• هجين افتراضيًا: تحمل معاملات cosmos في آنٍ واحد توقيعًا كلاسيكيًا secp256k1 وتوقيع PQC من نوع Dilithium-5. والاحتياط الكلاسيكي فقط مُغلق.
• رشاقة الخوارزميات: سجلّ الخوارزميات التشفيرية خاضع للحوكمة، ما يتيح للشبكة اعتماد خوارزميات جديدة أو إيقاف المخترَقة دون انقسامات صلبة (hard forks).
• التحقق الحتمي: كل عمليات التحقق من التواقيع حتمية وقابلة لإعادة الإنتاج عبر عقد المدققين.

الخوارزميات المدعومة

الخوارزمية	المعيار	الفئة	مستوى NIST	المفتاح العام	المفتاح الخاص	التوقيع / النص المشفَّر	السرّ المشترك
Dilithium-5	ML-DSA-87 (FIPS 204)	توقيع	5	2,592 bytes	4,896 bytes	4,627 bytes	--
ML-KEM-1024	FIPS 203	تغليف المفاتيح	5	1,568 bytes	3,168 bytes	1,568 bytes	32 bytes

تعمل كلتا الخوارزميتين عند مستوى الأمان 5 من NIST، وهو أعلى فئة أمان موحَّدة، ما يوفّر حمايةً مكافئة لـAES-256 ضد الخصوم الكلاسيكيين والكموميين على حدٍّ سواء.

الخلفية التشفيرية

تُطبَّق عمليات PQC في خلفية تشفيرية عالية الأداء وآمنة الذاكرة تتيح التوقيع والتحقق الشبكيين وتغليف المفاتيح لزمن تشغيل QoreChain. وتوفّر الخلفية:

عمليات خاصة بالخوارزمية:

• توليد مفاتيح Dilithium-5 والتوقيع والتحقق
• توليد مفاتيح ML-KEM-1024 والتغليف وفكّ التغليف
• توليد إشارة عشوائية حتمية (seed، epoch)

عمليات مدركة للخوارزمية:

• Keygen(algorithmID) — توليد زوج مفاتيح لأي خوارزمية مسجَّلة
• Sign(algorithmID, privkey, message) — إنشاء توقيع
• Verify(algorithmID, pubkey, message, signature) — التحقق من توقيع
• AlgorithmInfo(algorithmID) — الاستعلام عن أحجام المفاتيح/المخرجات
• ListAlgorithms() — تعداد جميع الخوارزميات المدعومة

كل عمليات التوقيع والتحقق حتمية وتنتج نتائج متطابقة عبر كل عقدة مدقق ومنصة مدعومة.

تتوفّر هذه البدائيات نفسها — ML-DSA (FIPS-204) وML-KEM (FIPS-203) وSHAKE-256 (FIPS-202) — للمحافظ والمكامِلين عبر مكتبة qorechain-pqc مفتوحة المصدر، التي توفّر واجهة برمجية واحدة متسقة ومتوافقة على مستوى البايت عبر ست لغات (JavaScript/TypeScript، Rust، Go، C، Python، Java). راجع التوقيع ما بعد الكمومي.

تسجيل المفاتيح

تسجّل الحسابات مفاتيح PQC عبر MsgRegisterPQCKey (القديم، يُعتمد افتراضيًا على Dilithium-5) أو MsgRegisterPQCKeyV2 (المدرك للخوارزمية). وتتضمن كل رسالة:

• Sender: عنوان الحساب الذي يسجّل المفتاح.
• PublicKey: بايتات المفتاح العام لـPQC.
• AlgorithmID: معرّف خوارزمية PQC (الإصدار v2 فقط).
• KeyType: أحد ثلاثة أوضاع تسجيل:

نوع المفتاح	الوصف
hybrid	مفتاحان كلاسيكي (ECDSA) وPQC معًا. تحمل المعاملات توقيعين مزدوجين.
pqc_only	مفتاح PQC فقط. التوقيع الكلاسيكي غير مطلوب.
classical_only	مفتاح كلاسيكي فقط. لا حماية PQC (غير موصى به).

التواقيع الهجينة

يتطلب نظام التواقيع الهجينة أن تحمل معاملات مسار cosmos في آنٍ واحد كلًّا من توقيع كلاسيكي وتوقيع PQC. ويوفّر هذا دفاعًا متعمّقًا: حتى لو كُسر أحد المخططين، يحمي الآخر المعاملة.

مع الافتراضي الشبكي hybrid_signature_mode = required، يجب أن تتضمن كل معاملة على مسار cosmos امتداد Dilithium-5 إلى جانب توقيع secp256k1. والاستثناءات الوحيدة (للإقلاع) هي معاملات التكوين عند النشأة gentxs (الارتفاع 0) ومعاملات تسجيل/ترحيل مفتاح PQC (MsgRegisterPQCKey، MsgRegisterPQCKeyV2، MsgMigratePQCKey)، التي يُسمح بأن تكون كلاسيكية فقط لكي تتمكّن الحسابات من تسجيل أول مفتاح PQC لها.

معاملات EVM غير متأثرة. تُصادَق معاملات EVM على مسار ما قبل المعاملة المنفصل eth_secp256k1 (مسار محرك EVM في QoreChain) ولا تتطلب أبدًا امتداد PQC الهجين. ولا ينطبق الشرط الهجين إلا على مسار معاملات cosmos.

تدفّق التوقيع المشترك

لإنتاج معاملة cosmos متوافقة، يُحسَب توقيع secp256k1 الكلاسيكي على بايتات التوقيع القياسية (التي تستثني امتداد PQC)، ويُحسَب توقيع Dilithium-5 ويُرفَق بوصفه امتداد PQCHybridSignature. ويجب على أدوات CosmJS / المُرحِّل القياسية إنتاج هذا الامتداد للتعامل على مسار cosmos. ويُنجَز ذلك اليوم عبر:

• qorechaind tx pqc gen-key — توليد مفتاح Dilithium-5.
• qorechaind tx pqc cosign — إرفاق التوقيع المشترك لـDilithium-5 بمعاملة.
• التوقيع الهجين في QoreChain SDK — buildHybridTx مع includePqcPublicKey (يضمّن المفتاح العام لـPQC للتسجيل التلقائي عند أول استخدام).

معاملة موقَّعة بـsecp256k1 (ECDSA) إضافة إلى ML-DSA-87 (Dilithium-5)، يتحقق منها مُعالِج ما قبل المعاملة وفق وضع الفرض على مستوى السلسلة.

صيغة امتداد المعاملة

تُرفَق تواقيع PQC بالمعاملات بوصفها امتداد معاملة (TX extension) بعنوان النوع /qorechain.pqc.v1.PQCHybridSignature:

{
  "algorithm_id": 1,
  "pqc_signature": "<4627 bytes for Dilithium-5>",
  "pqc_public_key": "<2592 bytes, optional>"
}

حقل pqc_public_key اختياري. وإذا كان موجودًا ولم يكن للحساب مفتاح PQC مسجَّل، فسيقوم مُعالِج ما قبل المعاملة بـالتسجيل التلقائي للمفتاح عند أول استخدام.

PQCHybridVerifyDecorator

يعالج مُعالِج ما قبل المعاملة PQCHybridVerifyDecorator التواقيع الهجينة بمنطق تحقق ثلاثي:

السيناريو	للحساب مفتاح PQC	الامتداد موجود	المفتاح العام في الامتداد	النتيجة
المسار 1	نعم	نعم	--	التحقق من توقيع PQC مقابل المفتاح المسجَّل
المسار 2	لا	نعم	نعم	تسجيل تلقائي للمفتاح، التحقق من التوقيع
المسار 3a	لا	لا	--	الوضع الاختياري: السماح بمعاملة كلاسيكية فقط
المسار 3b	لا	لا	--	الوضع المطلوب: رفض المعاملة
المسار 4	نعم	لا	--	يُعالَج بواسطة PQCVerifyDecorator القياسي

أوضاع التوقيع الهجين

مستوى فرض الهجين على مستوى السلسلة قابل للضبط بالحوكمة. الافتراضي الشبكي الحالي هو required:

الوضع	المعرّف	الافتراضي	السلوك
Disabled	0	لا	تواقيع كلاسيكية فقط. وتُتجاهَل امتدادات PQC.
Optional	1	لا	تُتحقَّق امتدادات PQC إن وُجدت. ويمكن للحسابات بلا مفاتيح PQC التعامل بتواقيع كلاسيكية فقط.
Required	2	نعم	يجب أن تحمل كل معاملات مسار cosmos توقيعين كلاسيكيًا وPQC. وتُرفَض المعاملات بلا امتداد PQC.

أكملت الشبكة ترحيلها: Optional (النشأة) ← Required (الافتراضي الحالي منذ v3.1.71، مع allow_classical_fallback = false). وتبقى الأوضاع الثلاثة خاضعة للحوكمة ويمكن تعديلها بمقترح.

إطار رشاقة الخوارزميات

يوفّر إطار رشاقة الخوارزميات سجلًّا خاضعًا للحوكمة لخوارزميات PQC، ما يتيح للشبكة إضافة خوارزميات جديدة وإيقاف الهشّة منها وترحيل الحسابات — كل ذلك دون انقسامات صلبة.

دورة حياة الخوارزمية

لكل خوارزمية مسجَّلة وضع دورة حياة:

active --> migrating --> deprecated --> disabled

الوضع	الوصف
Active	عاملة بالكامل. وتُقبَل تسجيلات المفاتيح الجديدة وعمليات التحقق.
Migrating	فترة التوقيع المزدوج نشطة. وتُشجَّع الحسابات على الترحيل إلى الخوارزمية البديلة. وتُقبَل التواقيع القديمة والجديدة معًا.
Deprecated	لا يزال يمكن التحقق من التواقيع القائمة، لكن لا تُقبَل تسجيلات مفاتيح جديدة.
Disabled	مفتاح إيقاف طارئ. لا يمكن للخوارزمية التحقق من أي تواقيع. يُستخدَم عند اكتشاف ثغرة.

الترحيل بالتوقيع المزدوج

عند إيقاف خوارزمية، تبدأ فترة ترحيل (الافتراضي: 1,000,000 كتلة، نحو 69 يومًا عند 6 ثوانٍ/كتلة). وخلال هذه الفترة:

1. يجب على الحسابات ذات المفاتيح المستخدِمة للخوارزمية الموقوفة الترحيل إلى البديلة.
2. يتطلب الترحيل توقيعين مزدوجين (MsgMigratePQCKey): واحد من المفتاح القديم وواحد من المفتاح الجديد، لإثبات ملكية كليهما.
3. تُقبَل كلتا الخوارزميتين للتحقق طوال فترة الترحيل.

رسائل الحوكمة

الرسالة	الوصف
MsgAddAlgorithm	يقترح إضافة خوارزمية PQC جديدة إلى السجلّ. يتضمن AlgorithmInfo كاملًا (الاسم، الفئة، مستوى NIST، أحجام المفاتيح). ويجب تقديمه عبر الحوكمة.
MsgDeprecateAlgorithm	يبدأ عملية إيقاف خوارزمية. يحدّد الخوارزمية البديلة وفترة الترحيل بالكتل.
MsgDisableAlgorithm	يعطّل خوارزمية فورًا في حالة طوارئ. يتطلب نصّ سبب. يُستخدَم عند اكتشاف ثغرة تشفيرية.

قابلية التوسعة

تتطلب إضافة خوارزمية جديدة:

1. تطبيق الخوارزمية في الخلفية التشفيرية خلف واجهة التوقيع والتحقق الموحَّدة.
2. تقديم مقترح حوكمة MsgAddAlgorithm مع بيانات الخوارزمية الوصفية.
3. حالما يُوافَق عليها، تصبح الخوارزمية متاحة لتسجيل المفاتيح والتحقق.

تجزئة SHAKE-256

اعتبارًا من v3.1.73، أصبحت SHAKE-256 (دالة SHA-3 ذات المخرجات القابلة للتمديد) هي تجزئة التطبيق الافتراضية عبر QoreChain — توفّرها حزمة qorehash — مكمِّلةً خطّ الأساس التشفيري المقاوم للكمومية إلى جانب تواقيع Dilithium-5 وتغليف مفاتيح ML-KEM-1024. وتوفّر وحدة x/pqc أدوات SHAKE-256 خالصة بلغة Go:

الدالة	الوصف	المخرَج
SHAKE256Hash(data, outputLen)	ملخّص SHAKE-256 متغيّر الطول	طول اعتباطي
SHAKE256Hash32(data)	ملخّص SHAKE-256 قياسي بـ256 بت	32 bytes
SHAKE256ConcatHash(left, right)	تجزئة المدخلات المتسلسلة	32 bytes
SHAKE256DomainHash(domain, data)	تجزئة مفصولة بالنطاق	32 bytes

تدعم هذه الأدوات تجزئة التطبيق الافتراضية وتُستخدَم لـ:

• تجزئة عقد شجرة ميركل
• التزامات التجزئة في إثباتات الطبقات المتقاطعة
• فصل النطاقات لسياقات تجزئة مختلفة (مثل "leaf:" مقابل "node:")

PQC للجسر

تستخدم جميع إثباتات الجسر العابر للسلاسل والتزامات الحالة تواقيع Dilithium-5. وتتطلب وحدة x/multilayer تواقيع PQC مجمَّعة على كل تقديم MsgAnchorState، وتؤمّن التزامات ML-KEM قنوات تبادل المفاتيح بين مُرحِّلي الجسر.

يضمن هذا ألا يتدهور أمان السلاسل المتقاطعة بسبب استخدام التشفير الكلاسيكي في بنية الجسر، محافظًا على المقاومة الكمومية عبر مكدّس البروتوكول بأكمله.

معاملات الوحدة

المعامل	النوع	الافتراضي	الوصف
pqc_primary	bool	true	PQC هو مخطط التوقيع الأساسي
allow_classical_fallback	bool	false	الاحتياط الكلاسيكي فقط مُغلق؛ يجب أن تكون معاملات cosmos هجينة
min_security_level	int32	5	الحد الأدنى لمستوى أمان NIST للخوارزميات المقبولة
default_migration_blocks	int64	1,000,000	فترة ترحيل التوقيع المزدوج الافتراضية بالكتل
default_signature_algo	AlgorithmID	1 (Dilithium-5)	خوارزمية التوقيع الافتراضية لتسجيلات المفاتيح الجديدة
hybrid_signature_mode	HybridSignatureMode	2 (Required)	مستوى فرض التوقيع الهجين على مستوى السلسلة

ذات صلة

• التوقيع ما بعد الكمومي — مكتبة qorechain-pqc مفتوحة المصدر (ست لغات) لهذه البدائيات والتوقيع الهجين.
• إعداد المحفظة — إنشاء وإدارة حسابات مدعومة بـPQC.
• حسابات SDK والتوقيع بـPQC — المفاتيح والتوقيع ما بعد الكمومي من خلال الكود.
• معاملات السلسلة — الخوارزميات الافتراضية وإعدادات الترحيل.
• بنية الجسر — التحقق بـPQC على الحزم العابرة للسلاسل.